DE2321131A1

DE2321131A1 - Integrales geraet zum austausch von blutwaerme und blutbestandteilen

Info

Publication number: DE2321131A1
Application number: DE2321131A
Authority: DE
Inventors: Donald Richard Ingenito; Wilfred Fairbanks Mathewson; David Michael Ryon; Gunnar Eric Walmet
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1972-04-27
Filing date: 1973-04-26
Publication date: 1973-10-31
Also published as: JPS4942188A; US3839204A; CA1002844A; GB1437633A; GB1437634A; SE405681B

Description

1 River Roadr
SCHENECTADY, N.Y./U.S.A.

Integrales Gerät zum Austausch von Blutwärme und Blutbestandteilen

Die vorliegende Erfindung betrifft Geräte für die übertragung von Wärme und gasförmigen oder anderen Bestandteilen durch Membranen in und aus Strömungsmitteln. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung Geräte zur Flüssigkeits-Flüssigkeits- oder Gas-Flüssigkeits-übertragung und solche Geräte, die einen integralen Wärmeaustauscher einschließen. Derartige Geräte finden Anwendung als Blutdialysatoren, z.B. in künstlichen Nieren und als Blutoxygenatoren, z.B. in künstlichen Lungen.

Die erste Generation von "Blut gas-Aus tauschgerät en, die sich außerhalb des Körpers befanden, z.B. Blasen- und Scheibenoxygenatoren, verteilten in Anwesenheit einer sauerstoffreichen Umgebung einen dünnen Blutfilm über eine große Fläche. Das Blut

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gab dabei etwas von seinem Kohlendioxyd ab und wurde partiell mit Sauerstoff gesättigt. Dieses Vorgehen führte zu unerwünschter Hämolyse, Verklumpung, Proteindenaturlerung und hatte noch andere blutschädigende Wirkungen. Auf diese Weise wurde die Blut-. Schädigung ein begrenzender Paktor für das lang dauernde Pumpen von Blut in Organe oder Gewebe (englisch "perfusion" genannt),

j bei dem das Blut einer Oxygenierung außerhalb des Körpers unterworfen worden war.

Der gegenwärtige Trend in Blutgas-Austauschergeräten geht in Richtung auf die Verwendung einer Membran, bei der sich auf der einen Seite das Blut und auf der anderen Seite das Säuerstoffangereicherte Gas befindet, so daß die unerwünschte Blut/Gas-Berührungsfläche eliminiert ist. Die Oxygenierung unter Verwendung einer Membran führt daher zu weniger Hämolyse der roten Blutzellen und weniger Deformation und Brüchen der Blutproteine. Die Proteinschädigung manifestiert sich durch Schlammbildung : (sludging) und Pettaggregate oder andere In den Blutgefäßen auftretenden Embolien, die manchmal dauernde schädliche Polgen haben.

Die bisher entwickelten Membrangeräte für die Blutgas-Diffusion zeigen eine verringerte Blutschädigung und eine verbesserte Gasaustausch-Wirksamkeit, verglichen mit einem Gerät vom PiIm- oder Blasentyp. Die bekannten Membrangeräte umfassen üblicherweise gestapelte Membranhüllen, bei denen auf der einen Seite das Blut ■ fließt und das Gas auf der anderen Seite. Zwei solcher Geräte sind beschrieben in der US-Patentschrift 3 39^ 849 und von Bramson et al in der Zeitschrift "Journal of thoracic and Cardiovascular Surgery", 5Ό, 391 (1965)· Dabei werden Separatoren mit komplizierten Kanälen verwendet, um eine Kapillarströmung zu simulieren und vermutlich die Bildung von Bächen und bevorzugten : Strömungspfaden minimal zu halten, die einem wirksamen Kontakt des Blutes mit den Membranoberflächen des Gerätes entgegenwirken. Diese bekannten Geräte waren für ihre Gasaustauschkapazität unangemessen groß. Die Erfordernisse zur Inbetriebsetzung waren in- · .folgedessen hoch. Die verwendeten Membranen waren geneigt, um während der Lagerung an ihren Grenzflächen zusammenzuhaften, was·

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eine Spezialbehandlung oder einen unbestimmten Verzicht von Gasaustauschfläche erforderte, wenn die Membranen in Benutzung genommen wurden. Die Zahl der Teilstücke, die Komplexizität und ; dadurch die Zahl der Herstellungsschritte war unangemessen hoch und führte zu hohen Kosten und einem schweren wirtschaftlichen Nachteil im Hinblick darauf, daß das Gerät nur für einmaligen Gebrauch gedacht war. Das Verhältnis des Blutaufhaltens zur Strömungsgeschwindigkeit war bei den bekannten Geräten größer als erwünscht. Darüber hinaus wurde festgestellt, daß sich dieses Aufhaltverhältnis (holdup ratio) nachteiligerweise mit einer Ände-

• . en
,rung der Strömungsgeschwindigkeit/ändert, und in einigen Fällen sind Membranen wegen der Dehnung bei erhöhten Blutdrucken und wegen der hoch konzentrierten Belastungen, die sich auf den komplizierten Vielpunkt-Membranseparatoren oder Stützsteilen entwikkelt haben, zerstört worden.

Ein neues Membrangerät für Sirömungsmittelaustausch ist in der deutschen Patentanmeldung P 21 J>1 092.9 beschrieben worden. Die Grundkonstruktion und Vorteile eines ähnlichen Membran-Oxygenators sind auch in der US-Patentschrift 3 ΟβΟ 934 beschrieben.

Das Membrangerät der oben genannten Patentanmeldung ist.durch dünne Kunststoffrahmen gekennzeichnet, deren jeder eine gsäurchlässige Membran auf einer seiner Flächen befestigt aufweist. Die Rahmen sind paarweise so gestapelt, daß ihre Membran-bedeckten Oberflächen einander gegenüberstehen und eine Blutumhüllung bilden mit einem dünnen, großflächigen Pfad für einen zwischen den Membranen hindurchströmenden Blutfilm. Die dem Blut abgewandten Seiten der Umhüllungen sind mit einer Aussparung versehen, die etwas geringer ist als die Dicke jedes Rahmens. Die Aussparung bildet einen Gasströmungspfad, der mit einem dünnen flachen Netz ausgefüllt sein kann, das in einem nicht gewobenen faserförmigen Material eingewickelt ist und die Ausbildung einer gleichmäßigen Gasverteilung über die Rückfläche der Membran unterstützt, während es gleichzeitig eine Stütze für die leicht zerstörbare Membran im Stapel schafft und die Blutkoagulation fördert, um eine Blutströmung abzudichten, wenn sich ein LÖchlein in der Membran j

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bilden sollte. .

Das Gerät der genannten Patentanmeldung weist viele Vorteile auf und hat eine weit verbreitete Zustimmung gewonnen, doch ist es nach wie vor erwünscht, die Gesamtzahl der Teile und die Länge der kritischen Dichtungen zu verringern. Es ist auch eine integrale Wärmeaustauschkapazitat erwünscht.

Die vorliegende Erfindung schafft einen einfachen, industriell herstellbaren Membranaustauscher für Blutbestandteile mit optimalen Proportionen in dem Sinne, daß er genauso wirksam ist wie die bekannten Geräte, jedoch eine einfachere Konstruktion aufweist als diese. Wie das Membrangerät der genannten Anmeldung weisen die Ausführungsformen des Membrangerätes nach der vorliegenden Erfindung eine größere Bioverträglichkeit auf und haben Vorteile sowohl hinsichtlich der Dialyse-Anwendung und bei Arbeiten am offenen Herzen als auch bei der partiellen Herz-Lungen-| Unterstützung. Anders als die Membran-Lunge der genannten Anmeldung schaffen verschiedene Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung eine integrale Wärmeaustauschkapazitat. Diese sind vorteilhaft, da die meisten außerhalb des Körpers stattfindenden Zirkulationsprozesse eine Wärmeübertragung erfordern. So erfordert z.B. eine gute chirurgische Praxis, daß die in den außerhalb des Körpers befindlichen Komponenten verlorene Wärme dem Blut wieder zugeführt wird, bevor man dieses in den Körper zurückleitet. Darüber hinaus wird in einer steigenden Zahl von Fällen ein externer Wärmeaustausch verwendet, um den Patienten während chirurgischer Eingriffe bei einer verringerten Temperatur zu halten (maintain).

Alle bekannten Blutaustauschgerä-te können und werden häufig mit separaten Wärmeaustauschern verwendet. Doch sind diese ziemlich massig und nicht wegwerfbar.

Es ist bereits ein integraler Wärmeaustauscher und Oxygenator geι schaffen worden, in dem der Gasaustausch durch einfaches Hin- ι ^Uirchleiten von__Blasen durch das Blut stattfindet und der Wärme- ~~ 30984Λ/0980

austausch durch, übliche Trennung des Blutes von flüssigen Kühlmittelströmen mittels starrer metallischer Wände. Wie auch andere Blasen-Oxygenatoren kann dieses bekannte Gerät BlutSchädigung j verursachen, wie dies oben bereits ausgeführt wurde und darüber '

! hinaus ist der Wärmeaustausch nicht sehr wirksam.

Eine andere Ausfuhrungsform ist in dem oben genannten Artikel von ■ ramson et al in "Journal of Thoracic and Cardiovascular Surgery"

j beschrieben. Danach werden zur Verwendung als Lungen-Warmeaustauscher Silicongummimembranen mit dazwischenliegenden offenen Webnetzen gestapelt und haben unter Druck stehende Wassermatten zwischen jeder Blutzelle und ihrer Nachbarzelle. Die Wärmeaustauschkapazität wird durch das Zirkulieren des Wassers in den Matten geschaffen. Wie bereits oben erwähnt, ist eine solche Baueinheit unangemessen groß, weist die Gestalt einer Trommel mit einem Durchmesser von etwa 60 cm (entsprechend 2k Zoll) auf; es ist schwierig, sie ihrem Durchsatz entsprechend maßstäblich zu vergrößern, sie ist nicht wegwerfbar, hat ein relativ großes Blut füllvolumen (300 ml bei nur vier Zellen) und weist eine komplexe Konstruktion auf.

Es ist auch schon vorgeschlagen worden, den Membran-Oxygenator-Dialysator der US-Patentschrift 3 396 849 als Wärmeaustauscher zu benutzen, indem man gefaltete Metallfolien als Membran verwen-j det. Es gibt jedoch keinen Vorschlag, daß das Gerät für integralen Wärmeaustausch und die übertragung von Blutbestandteilen ver-j wendet werden kann. Es scheint jedoch, als würde erwogen, zwei solcher Geräte zu verwenden^ eines für den Wärmeaustausch und das andere für die Oxygenierungsdxalyse. In jedem Falle hat ein solches Gerät einen relativ großen Vergrößerungsfaktor (scaling factor), so daß große Einheiten sowohl für Wärmeaustausch als "auch für die Verwendung als Oxygenator-Dialysatoren derzeit weniger praktisch zu sein scheinen.

Das Gerät der vorliegenden Erfindung ist in erster Linie zur Verwendung als künstliche Lunge konstruiert worden, in der Kohlen dipxyd des Blutes durch Sauerstoff verdrängt wird oder das Gerät

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kann als künstliche Niere eingesetzt werden, wobei es die- Blut- ; bestandteile dialysiert. Der Kürze halber wird die nachfolgende

Beschreibung auf die Verwendung des Gerätes als künstliche Lunge ^:

konzentriert sein. :

Das neue Gerät zur übertragung von Blutbestandteilen zeichnet sich durch seine Einfachheit, die Wirksamkeit beim Gas- oder Flüssigkeitsaustausch⁴ und eine geringe BlutSchädigung aus. Darüber : hinaus hat die Ausführungsform des integralen Wärmeaustauschers weiter die oben genannten Vorteile. Das integrale Gerät weist elementare Untereinheiten auf, die einen Wärmeaustauscher umfassen, der fest, sei es.stromauf oder stromab (mit einer Rahmenversteifung, wenn notwendig) mit einer oder mehreren Untereinheiten für die Blutbestandteile verbunden ist, von denen jede einen Rahmen mit rechteckförmigen öffnungen und eine gasdurchlässige Membran auf jeder Fläche aufweist. In der Wärmeaustauscher-Untereinheit wird die Wärme von einer Quelle oder Senke durch eine Membran in einen strömenden dünnen Blutfilm übertragen. In der Blutbestandteil-Austauschereinheit bilden zwei gegenüberstehende Membranen einen dünnen Durchgang für das Blut und die abgelegenen Seiten einer oder mehrerer der Membranen bilden einen zweiten Durchgang oder Durchgänge, in denen ein anderes Strömungsmittel, wie' ein Dialysat oder ein Säuerst off-angereichertes Gas, strömt, wobei der Durchgang eine dreidimensional offene Stützstruktur enthält. Die offene Stützstruktur verteilt das Strömungsmittel gleichmäßig und stützt die Membranen, wenn der Raum zwischen diesen mit Blut unter Druck steht. In bevorzugten Ausfuhrungsformen werden zwei dünne Blutfilmpfade .durch die Wärmeaustauscher-Untereinheit geschaffen. In dem Blutbestandteil-Austauscher stehen thermoplastisch gebildete Vorsprünge integral von den Membranen in den Blutraum vor und begrenzen so den strömenden Blutfilm oder die -filme. In bevorzugten Blutgas-Austauschern sind die offenen Stützteile so gestaltet, daß sie eine zweipfadige dünne Filmströmung dazwischen schaffen.

Die neuen Blutaustausch_^eräte sollen eine einfache aber wirksame Konstruktion aufweisen, die für das Anlaufen erforderliche 30 984 4/098 0 " ".""

[ Flüssigkeitsmenge auf einem Minimalwert halten, die Wahrscheinj lichkeit nachteiliger Membranbeschädigung verringern, die Größe der Einheit minimalisieren, sie aufgrund ihrer geringen Kosten ! zu einer Wegwerfeinheit machen, die Blutfilmdicke einstellen, die j Gasdiffusion optimalisieren, einen möglichst geringen Gasdruckäbfall haben, vorzugsweise Blutströmungspfade zwischen den Membranen und von Schicht zu Schicht eliminieren, die mit dem Blut in ι Kontakt stehenden fremden Oberflächenbereiche möglichst gering halten, komplizierte Leitungssysteme und Abdichtungserfordernisse eliminieren und dadurch die Wahrscheinlichkeit von Lecks verringern und etwa auftretende Undichtigkeit in der Membran durch j klumpendes Blut auf einer Membran weit außerhalb des Blutströmungspfades abdichten und einen Wärmeaustauscher für irreguläre Oberflächen mit einem geringen Kontaktwiderstand schaffen.

Die vorgenannten und weitere Aufgaben und Vorteile werden in der j nachfolgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. Im einzelnen zeigen:

Fig. 1 eine auseinandergezogene perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen Blutwärme- und -gasaustauscheinheit mit einer Halte- und Deckplatte dafür,.

Fig. 2 eine auseinandergezogene perspektivische Ansicht einer Gasaustauscher-Untereinheit, wie sie in der Einheit der Fig. 1 verwendet wird, die die ggf. verwendete poröse Trägerstruktur zeigt,

Fig.. 3 eine Untereinheit der Fig. 2, bei der der Träger in dem Rahmen angeordnet ist und eine herabgedrückte Gasströmungs-Aussparung schafft,

Figuren 3A und 3B eine Draufsicht bzw. einen Querschnitt der einander gegenüberstehenden Membranen mit ineinandergreifenden thermoplastisch gebildeten Vorsprüngen, um den Austausch der Blutbestandteile gemäß bevorzugten Ausführungs

_ formen der Erfindung zu erleichtern,

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Pig. 4 eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsform einer ; Wärmeaustauscher-Untereinheit nach der vorliegenden Erfindung,

Fig. 5 einen vertikalen Querschnitt nach der Linie 5-5 in Pig. 4 mit der starren Bodenkonstruktion der Wärmeaustauscher-Untereinheit,

Fig. 6 einen vertikalen Querschnitt einer Wärmeaustauscher-Untereinheit (entsprechend der Linie 5-5 in Fig. 4), die je- j doch von der Konstruktion der Fig. 4 abweicht, da sie als! Bodenverschluß eine Kombination aus einer Membran und | einer darüberliegenden Folie aufweist,

Fig. 7 .eine perspektivische Ansicht einer anderen Ausführungsform einer Wärmeaustauscher-Untereinheit gemäß der vor- ι liegenden Erfindung, wobei diese Ausführungsform zwei ■ dünne Blutströmungspfade schafft und die Membran teilweise weggebrochen ist, um die inneren Kanäle zu zeigen,

Fig. 8 einen vertikalen Querschnitt der Wärmeaustauscher-Unter-'· einheit der Fig. 7 entlang der Linie 8-8, j

Fig. 9 eine perspektivische Ansicht eines Blutgas-Austauschers · ohne einen integralen Wärmeaustauscher nach der vorlie- j

genden Erfindung mit einer Sandwichanordnung gestapelter ; Gasaustauschrahmen und Platten und Verschlußmittel für ^: die Rahmen und - . ■

Fig. 10 einen Querschnitt des Gasaustausehers der Fig. 9 entlang ^: der Linie 10-10, welche den Blutströmungspfad durch die : gestützten Membranumhüllungen zeigt. \

In der Fig. 1 ist eine Gesamtanlage der Lungen-Wärmeaustauscher- ' Einheit 2 mit einer typischen Halteplatte 4 und einer Deckplatte 6. dargestellt. Eine wegwerfbare Lungen-Wärmeaustauscher-Einheit 2 der vorliegenden Erfindung umfaßt eine Wärmeaustauscher-Unterein-' ■■.·■■■ 309844/0980

heit 8 und eine Gasaustauscher-Untereinheit 10, und sie wird nor-i malerweise in sandwi char tiger Anordnung zwischen den glatten '. flachen Oberflächen der Halteplatte k und der Deckplatte 6 ver- i wendet. Die Deckplatte 6, die aus Metall oder Kunststoff und .■ ähnlichem hergestellt sein kann» ist aus Gründen der Leichtig- ; keit und Festigkeit mit Rippen versehen dargestellt. Die Halte- j j platte 4 einschließlich der Montagezapfen 5 kann eine Vielzahl · ι -von Wärmeaustauscher-Lungen-Einheiten auf einer oder beiden Sei- ;

j j

S ten aufnehmen. Beispielsweise kann eine ähnliche Einheit 2 auf \ j der abgewandten Seite angeordnet sein, doch ist diese aus Grün- j ; den der Übersichtlichkeit in der Pig. I nicht dargestellt. !

I

' j

j Für den Wärmeaustausch ist eine Temperaturkontrolle vorgesehen, ; : indem man die Halteplatte 4 zu einer Wärmequelle oder Wärmesenke i j macht. Eine geeignete Möglichkeit dieses zu tun besteht darin, ; j innere Kanäle für den Durchgang eines Strömungsmittels für den !

i

Wärmeübergang zu schaffen, obwohl auch andere Mittel, wie elek-' ί

j ΐ

trische Widerstandserhitzer und Kühlspulen·verwendet werden kön- J [ nen. In der dargestellen Ausführungsform ist die Halteplatte 4 j aus Metall hergestellt und mit Bohrungen für den Durchgang von j erhitzendem und kühlendem Wasser durch die Verbindungsöffnungen j 12 und Ik versehen. Nach dem Zusammenbau strömt die Wärme in je- ; der Richtung durch die Wand der Halteplatte 4, durch die gegenüberliegende Membran auf der Wärmeaustauscher-Untereinheit 8 und
in den oder aus dem Blutfilm.

In der dargestellten Ausfuhrungsform wird nach dem Zusammenbau
Sauerstoff oder ein sauerstoffhaltiges Gas durch die öffnung 16 j in die Halteplatte k eingeführt und strömt durch die Gasübertra- j

gungsöffnung mit Dichtung 17 durch eine entsprechend ausgerich- '■■ tete öffnung in den Rahmen des Wärmeaustauschers 8 und dann in j "eine öffnung des Säuerst off aus t aus eher s 10. Ist der Gaseinlaß- j druck zu hoch, dann können geeignete Mittel, wie ein Entlüftungs-j ventil 18, vorgesehen werden, um durch öffnen Gas abzulassen, j bevor eine mögliche Beschädigung der künstlichen Lunge eintreten
kann. Das Gas strömt dann mit einem Verlauf, der aus der Fig. 3

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näher ersichtlich wird, durch die Gasaustauscher-Untereinheit 10,^; nimmt .Kohlendioxyd und ähnliches auf und wird durch die Gasaus- · laßöffnungen 20 und 22 und die entsprechenden öffnungen 24 und ; 26 in der Deckplatte 6 in die Atmosphäre ausgestoßen. ;

Das Blut tritt durch die Einlaßarmatur 28 in das eine Endstück . · der Wärmeaustauscher-Untereinheit 8 der Austauschereinheit 2 ein ■ und strömt in den in den Figuren 4 bis 6 dargestellten Ausfüh- : rungsformen in einem einzelnen Pfad in Form eines dünnen Filmes ·' gesteuerter Dicke hindurch. In den in den Figuren 7 und 8 gezeig-j ten Ausfuhrungsformen fließt der Blutstrom in zwei Pfaden durch | die Wärmeaustauscher-Untereinheit 8. Dann wird das Blut durch ge-, eignete Mittel in die Gasaustaus.cher-Untereinheit überführt, wie ein nicht dargestelltes Rohr, vorzugsweise jedoch durch Bewegung in eine fest damit verbundene ausgerichtete Einlaßöffnung oder ; -öffnungen in dem Endstück der Untereinheit 10, die eine oder i mehrere Gaseintrittsöffnungen enthält. In bevorzugten Ausführungsformen wird das Blut in dem Gasaustauseher 10 in parallele Strö- '■ mungen aufgespalten, die dann bei einer zentralen Rohrleitung

zusammenkommen und die Lungen-Wärmeaustauscher-Einheit 2 durch die Blutauslaßarmatur 30 verlassen und durch die Blutauslaßöff- ' nung 32 in die Deckplatte 6 austreten. Einzelheiten der Blutströmung im Gasaustauscher 10 sind deutlicher in der Fig. 3 darge- ; stellt. ;

Die Figuren 4 bis 6 geben Einzelheiten zweier Konstruktionen von Wärmeaustauscher-Untereinheiten 8 wieder und illustrieren Ein- . zelpfadströmungen. Diese Wärmeaustauscher verwenden den internen Blutdruck, um die Membranoberfläche 62 der Wärmequelle oder Wärmesenke anzupassen, z.B. der erhitzten oder gekühlten Oberfläche der Halteplatten 4 der Lunge. Auf diese Weise wird ein hoch wirksamer thermischer übergang erhalten und die beeinträchtigende : Wirkung von Bögen, Verwerfungen und Wellen auf der Oberfläche und isolierende Lufträume können vermieden werden. Die Membran 62 kann aus einem nicht porösen Metall oder einem polymeren organischen Material, vorzugsweise einem Organopolysiloxan, einem

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Polycarbonat, einem Blockcopolymer aus einem Organopolysiloxan ! und einem Polycarbonat, Aluminium oder rostfreiem Stahl herge- \ stellt werden. Vorzugsweise umfaßt die Membran rostfreien Stahl oder ein Polycarbonat von etwa 0,025 bis 0,075 nun (entsprechend I 1/1000 bis 3/1000 Zoll) Dicke. Die Membran 62 und die Membran 70_s wenn eine solche verwendet wird, ist mit dem Rahmen 60 unter Ver-j wendung eines geeigneten Klebstoffes oder, wenn sie aus thermo- ^: plastischem Material besteht, auch mittels Wärmeabdichtung ver- I bunden. j

Zwischen dem Wärmeaustauscher 8 und dem Gasaustauscher 10 kann · ein sehr gutes Zusammenwirken ermöglicht werden. Beide können j nach der einen von zwei Möglichkeiten eng miteinander verbunden ί

t ■

• werden unter Verwendung eines starren oder eines schwingenden ! Bodens in dem Wärmeaustauscher 8, der der Membran 38 (vgl. Fig. 2.)

' und der ggf. verwendeten Verteilungsmatte 52 in der Gasaustau- ! scher-Untereinheit 10 gegenübersteht. In der Fig. 5 ist der Bo- j den 74 des Wärmeaustauschers als eine starre Platte aus Kunst- ; stoff dargestellt·; in der Fig. 6 ist der Bodenverschluß des Wärme-

' austauschers eine schwebende (floating) Plastikfolie 72, die einen Membranboden 70 des Wärmeaustauschers vom Oberteil des Gasaus- j

J tauschers 10 trennt. Eine schwebende Zwischenfläche, wie sie !

ί durch die Konstruktion der Fig. 6 geschaffen ist, kann sich un- ·

ι ter dem Einfluß des unterschiedlichen Druckes etwas bewegen und j schafft so ein hydraulisches Füllstück (shim) auf der Gasaus- j

j tauscher-Blutumhüllung. Dies kann zur Verbesserung der Leistungs-, i

j fähigkeit der Gasaustauscher-Untereinheit verwendet werden. Es

schafft eine gleichmäßigere Ablenkung, verglichen mit der eine j feste Bodenplatte aufweisenden Untereinheit der Fig. 5 und . j j schafft so eine gleichmäßigere Blutfilmdicke in beiden Einheiten.;

ί j

In Fig. 4 tritt das Blut beim Betrieb in die Einlaßöffnung 28 !

ein und verteilt sich in einen Film, der die Aussparung unter i

der Membran 62 einnimmt. Beim Passieren der Aussparung kann der |

Wärmeaustausch durch die Membran stattfinden und danach tritt ■ das Blut an den öffnungen 64 und 66 aus. -

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Eine besonders bevorzugte Konstruktion der Wärmeaustauscher-Ein- ^: heit 8 ist in den Figuren 7 und 8 dargestellt. Das Blut tritt ' durch den Einlaß 28 in den zum Zentrum hin sich verjüngenden Ver-, teilungskanal 80 ein und strömt dann in zwei dünnen Filmen von
z.B. etwa 0,63 mm (entsprechend 25/1000 Zoll) Dicke über die bei-; den aktiven Wärmeübertragungspfade unter der Membran 62 zu jedem ; der sich verjüngenden Ausgangskanäle 76 und 78. Eine solche j Zweipfad-Strömung hat den Vorteil, daß sie dünnere Blutfilme bei j

i gleichem Gesamtdruckabfall gestattet, da die Entfernung kürzer ; und die Querschnittsflächen breiter sind, verglichen mit der Aus-j führungsform der Fig. 4. Dünnere Filme übertragen Wärme wirksa- j mer und es gibt keine Ableitung gegen das Zentrum, wie dies ; manchmal in Ausführungsformen von Wärmeaustauschern mit einem j einzelnen Pfad beobachtet wird. i

Die Figuren 2 und 3 zeigen im einzelnen eine Konstruktion einer j Gasaustauscher-Untereinheit 10 und illustrieren die bevorzugten j Strömungspfade. Der Einsatz 52 aus einer offenen Gasmatte wird j zur Erreichung der oben genannten Vorteile benutzt. Die vergrö- : ßerte Darstellung der Nase 53 in Fig. 2 zeigt enge darin geformte. Durchgänge, die mit den Schlitzen 55 in Verbindung stehen, um
die gleichmäßige Verteilung des Gases zu unterstützen. Entsprechende Kanäle können auch an der stromabwärts liegenden Nase vor-^: gesehen werden. Im Grundsatz ist die Untereinheit 10 aus einer ; oder mehreren Schichten von Rahmen 36 mit den Membranen 38 und 40' auf einer oder beiden Seiten aufgebaut und das Blut strömt zwi- . sehen gegenüberliegenden Membranen. ;

Im weiteren Sinne kann die oxygenierende Untereinheit 10 eine
oder mehrere Membranumhüllungen umfassen, zwischen denen sich
offene Gasmatten-Abstandshalter befinden, und sie kann die in der US-Patentschrift 3 060 934 beschriebene Anordnung aus dünnen
Polytetrafluoräthylen-Membranumhüllungen und gasdurchlässigen,
aus gewebtem Kunststoff bestehenden Abstandshaltern umfassen. ;

Vorzugsweise kann die oxygenierende Untereinheit ein oder mehrere

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Rahmen mit gegenüberliegenden Membranen und einer Gasströmungs-Aussparung umfassen, die ein offenes Verteilungselement für das
Strömungsmittel einschließt. Solche Geräte sind Gegenstand der
oben genannten Patentanmeldung, auf deren Beschreibung hiermit
Bezug genommen wird, um eine unnötige detaillierte Beschreibung
zu vermeiden. In bevorzugten Ausfuhrungsformen nach dieser Anmeldung hat das offene Membran-stützende Verteilungselement eine
parallelogrammähnliche Gestalt, um zusammen mit den Rahmenrändern dreieckförmig gestaltete freie Räume zu schaffen, die in Verbindung mit den Bluteinlaß- und -auslaßöffnungen stehen, in welche
sich die Blutmembran-Umhüllung unter dem Druck des Blutes ausi· dehnt. Diese Ausdehnung führt zu einer verlängerten Blutvertei-
! lung und zur Bildung von Regenerationskanälen und erleichtert

die Überführung des Blutfilmes dicht über der aktiven Oberfläche der Membran, jedoch nur in einem einzelnen Pfad.

Am meisten bevorzugt ist die Aus führ ungs form der Oxygenator-Unter* einheit der vorliegenden Erfindung mit einer wirksamen über zwei j Pfade verlaufenden dünnen BlutfiImströmung. Die erhöhte Wirksam- ! keit gestattet entweder eine größere Kapazität in Einheiten üb- J licher Größenordnung oder die Gestaltung von Einheiten mit weri- I ger Teilen als für die üblichen Einheiten erforderlich sind und j einer äquivalenten Sauerstoff-Überführungsfähigkeit. j

Der neue Gasaustauscher der vorliegenden Erfindung ist in den ■ j Figuren 2 und 3 dargestellt..Die Figuren 9 und 10 zeigen vier ' solcher Rahmen in sandwichartiger Anordnung. Jeder Rahmen ~$6 be- ! steht aus Kunststoff, wie ein Polyvinylchlorid oder ein aromati- i sches Polycarbona't, und hat einen zentralen offenen Bereich, und j auf den Rahmen angeordnet sind dünne gasdurchlässige nicht poröse' Membranen 38 und 40. Zum Kleben, wenn solches gewünscht ist, kann ein geeigneter Klebstoff, wie ein katalysierter Epoxyzement,
verwendet werden oder man kann die Abdichtung auch durch Hitzeeinwirkung erreichen. Der Rahmen wird perforiert und mit Blutein las sen 44 und 46 und dem Blutauslaß 48, dem Gaseinlaß 50 und
Gasauslässen 24 und 26 versehen. Die obere Membran 38 (und die

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■■ ■ ι

untere Membran 40) ist in den Rahmen hineindrückbar, um eine Gas-| strömungs-Aussparung zu schaffen. ■ !

Wie in den Figuren 9 und 10 dargestellt, können die Rahmen 36
sandwichartig gestapelt werden unter Verwendung' nicht poröser j flacher Deckplatten 82 und 84 und" von Ab Standsrahmen 86 oben und I unten. Für integrale Ausführungsformen können die Deckplatte 84 ■ " . i

und der AbStandsrahmen 86 als Bodenverschlüsse dienen und der j flache Boden der Wärmeaustauscher-Untereinheit 8 kann als oberer \- Verschluß für die Gasaustauscher-Untereinheit verwendet werden, i

In dem abgedichteten System werden die Membranen in die Rahmen- i öffnungen gepreßt, indem man eine offene Gasmatte 52 verwendet,
die im wesentlichen flach ist und eine etwas geringere Dicke aufweist als die des Rahmens 36. Dadurch wird eine Gasströmungs- j Aussparung gebildet und die Membranumhüllungen werden abgestützt.' Beispielsweise kann der Rahmen 36 eine Dicke von etwa 1 bis etwa ' 2,5 mm (entsprechend 4/100 bis 1/10 Zoll) haben, wobei eine Dicke¹ von etwa 1,5 mm (entsprechend 6/100 Zoll) bevorzugt ist. In einer käuflichen Ausführungsform betragen die äußeren Dimensionen der ; Rahmen etwa 29 x 61 cm (entsprechend 11 1/2 χ 24 Zoll) und die ] Rahmenöffnung mißt etwa 25 x 56 cm (entsprechend 10 χ 22 Zoll), j Da die Membran-Blutfilme üblicherweise eine Dicke in der Größen- i Ordnung von etwa 0,3 mm (entsprechend 12/1000 Zoll) aufweisen, j wird die Dicke des Gasverteilungselementes in einem etwa 1,5 mm j dicken Rahmen etwa 1,2 ram (entsprechend 48/1000 Zoll) betragen, i Das Verteilungselement wirkt als ein Träger und der Druck des
Blutes drückt die dem Blut abgew.andte Seite der Membran gegen . das Element und schafft so einen dünnen filmfreien Raum in der
Blutströmungsumhüllung. Der Fachmann kann ermessen, daß Elemente, die zu dick sind, dem durch das System gepumpten Blut einen Widerstand entgegensetzen, während zu dünne Elemente einen zu | dicken Blutfilm und damit nur eine verringerte Gasübertragungs-. 1 Wirksamkeit zulassen. Es können jedoch geringfügige Einstellun- 1 gen der Dicke unter Verwendung der Blutfilmdicke und des Druckabfalls als Kriterien leicht vorgenommen werden. Fig. 10 zeigt, |

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daß über die Gesamtzahl der Rahmen hinaus eine weitere Gasmatte verwendet wird. Dies ist die bevorzugte Anordnung und ermöglicht die größte Gasaustauschkapazität für eine gegebene Zahl von Rahmen. Wenn es gewünscht ist, kann jedoch die oberste oder die unterste Gasmatte weggelassen werden und man läßt die entsprechen den Membranen dann gegen die Verschlußmittel drücken.

j Das Gasverteilungselement kann aus porösem faserförmigem Material J hergestellt werden und eine geeignete Konstruktion umfaßt einen ■ Maschenkern, wie ein Kunststoffnetζ mit einer Maschenzahl von 24 χ 28 Fäden pro Zoll innerhalb einer Hülle von nicht gewebtem faserförmigem Material, wie Polyäthylenterephthalat-Fasern, die wie in einem Papierherstellungsverfahren gelegt sind. Sdche Konstruktionen sind in der oben genannten Patentanmeldung beschrieben. Einfachere und genauso brauchbare offene Verteilungselemente werden ohne Verwendung eines tragenden Netzes vollständig aus geformten thermoplastischen Kunststoffen hergestellt. Eine solche Konstruktion schließt ein Muster paralleler Rinnen, die in eine obere Oberfläche eingeformt sind, ein sowie ein anderes Muster kreuz und quer laufender paralleler Rinnen, die in die untere Oberfläche eingeformt sind, wie in dem vergrößerten Teil der Fig. 2 dargestellt ist.

in den Figuren 2 und 3 ist ein dreidimensionales offenes Gasverteilungselement 52 abgebildet, das im wesentlichen flach ist und J eine etwas geringere Dicke aufweist als der Rahmen 36. Dieses j Element ist wie ein Trapez geformt und es schafft zusammen mit j den Rändern des Rahmens zwei sich verjüngende freie Räume 54 und j 56, beginnend an den Bluteinlaßöffnungen 44 und 46. Das Element j 52 weist auch einen in der Mitte angeordneten, sich stromab erweiternden Schlitz 58 auf, der einen entsprechenden freien Raum . schafft und bei der Blutauslaßöffnung 48 endet. Die freien Räume S schaffen langgestreckte Kanäle, wenn die Membranumhüllung sich uuter dem Einfluß des Blutdruckes in diese Kanäle ausdehnt. Die in Fig. 3 eingezeichneten durchgehenden Pfeile zeigen die beiden Strömungspfade des Blutes über die aktive, gastransportierende

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Oberfläche der Membran und das Aufspalten des Gasstromes in zwei ^; Ströme, wie dies in dieser besonderen Ausführungsform geschieht,
wobei die Gasströme durch unterbrochene Pfeile dargestellt sind. ;

Jedes der üblichen Membran-Materialien kann in einem Austauscher ! 10 für Blutbestandteile verwendet werden. Für den Gasaustausch ₍ muß die Membran für Gase durchlässig sein, wie für Sauerstoff
und Kohlendioxyd, während sie für Blut undurchlässig sein muß.
Typische Materialien hierfür sind Gummi, wie Naturgummi und syn- j thetischer, wie Silikongummis, d.h..OrganopοIysiloxane oder Poly-; carbonate, z.B. die Kondensationsprodukte von Bisphenol-A und i Phosgen, Blockcopolymere von Organopolysüoxanen und Polycarbona- ι ten, Polytetrafluoräthylen und ähnliche. Für die Dialyse muß die
Membran die Diffusion von Blutverunreinigungen durch Flüssigkeits-Flüssigkeits-Austausch gestatten und hierfür können Zellophan und! j andere übliche Dialysemembranen verwendet werden. :

Nach der vorliegenden Erfindung enthält die Untereinheit- 10 zum
Blutkomponentenaustausch Stützelemente 52, um die Membranen ab- \ zustutzen und diese können Aufprägungen oder Rinnen enthalten ^: und ähnliches, um eine Vielzahl von Pfaden zu schaffen, wenn die
dünne Membran gegen die Stützelemente gedrückt wird. Da die üb- j liehen Membranen jedoch glatt sind, werden sie zum Anhaften während der Lagerung geneigt und der Gasaustausch wird so verringert.

In bevorzugten Ausführungsformen des Gasaustaus ehers, wie in der ' Aus führungs form der Figuren 3A und 3B, sind die Membranen 38 und ;· 40 thermoplastisch mit Vorsprüngen 42 versehen worden. Die Dicke ^! der Membran in dem Bereich jedes Vorsprunges ist nicht größer als:

die der glatten Bereiche der Membran und die Vorsprünge stehen i

in der Blutströmungs-Umhüllung einander gegenüber. Diese Membra- j nen sind der Einfachheit halber als mit Kegelmustern versehen be-i

schrieben worden, die ineinandergreifen, d.h. wenn sie einander j

gegenüberliegen und fest miteinander verbunden sind, dann grei- j

fen die Vorsprünge der einen Membran in die freien Räume der an- ·

deren ein. Die Vorteile der Verwendung einer solchen ein Kegel- j

_„ _ -3:0.3-8 U%

feld aufweisenden Gasmembran zur Verhinderung des Membranverklebens und zur Schaffung lückenloser dünner Blutfilme mit laminarer Strömung und ohne stagnierende Bereiche sind in der deutschen Patentanmeldung*P 21 38 513.7 der Anmelderin vom 2. August 1971 mit dem Titel Membran mit Oberflächenstruktur¹¹ beschrieben und um Wiederholungen zu vermeiden,'wird auf diese Anmeldung Bezug genommen. Im allgemeinen wird die texturierte Oberfläche durch Erwärmen, Vakuumformen und Abkühlen auf einem geeigneten Werkzeug! hergestellt. j

! Ein ideales Material für die Membranen in der Untereinheit 10 ist ein Organopolysiloxan-Polycarbonat-Blockeopolymer, dessen Zusammensetzung in der US-Patentschrift 3 I89 662 der Anmelderin beschrieben ist. Eine Membran dieser Art wird von der Anmelderin als MEM-213 bezeichnet, In einem Gerät der hier offenbarten Art hat eine solche Membran einen hohen Übertragungskoeffizienten für Kohlendioxyd und entfernt Kohlendioxyd mit ungefähr 80 % der Geschwindigkeit der Sauerstoffzugabe. Dies kommt der Geschwing digkeit des Gasaustausches in der menschlichen Lunge nahe. Der Übertragungskoeffizient dieses Materials für Sauerstoff ist auch verhältnismäßig hoch. Eine aus dem oben genannten Material hergestellte Membran hat auch die erwünschte Eigenschaft, nicht sofort völlig zu reißen, wenn in ihr ein Loch entstanden ist, wie dies einige der schwächeren Siliconmembranen tun, die bisher in Blutoxygenatoren verwendet worden sind.

Die Bestandteile der Wärmeaustauscher-Lunge 2, die zwischen der Halteplatte 4 und der Deckplatte 6 in Fig. 1 liegen, werden als Packung in der Fabrik zusammengebaut. Diese Packung wird in der Kombination aus Halte- und Deckplatte installiert, welehe die Packung zusammendrückt, so daß Blut- und Gaslecks verhindert werden und darüber hinaus werden durch die genannte Kombination die Verbindungen für die Ein- und Auslässe von Blut und Sauerstoff geschaffen. Eine einzelne Packungseinheit als solche, wie sie in Fig. 1 dargestellt ist und eit vier Gasauatauacherrahaen, weist eine Gesastdicke in gestapeltes und susanaengepreAtea Zu-

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stand von etwa 10 mm (entsprechend 3/8 Zoll) auf. Ein Gasaustauscher mit einer Dicke von vier Rahmen mit Deckplatten (s. Fig. 9) ist wenig mehr als etwa 6 mm (entsprechend 1/4 Zoll) dick, wenn er gestapelt und zusammengepreßt ist. In beiden Fällen schafft ein Oxygenator dieser Art bei Verwendung der oben genannten Dimensionen ausreichend Gasaustauschfläche für die lokalisierte Durchströmung eines Organs mit Blut. Durch Stapeln -j

von mehr und mehr Oxygenator-Untereinheiten oder bei Einführen Ί von mehr Rahmen in jeden Gasaustauscher, z.B. 12 anstelle von 1 J bis 4, kann die Handhabungskapazität für Blut erhalten werden, ; um den ganzen "Körper eines Kindes oder eines Erwachsenen zu durch¹ strömen, ohne daß man den Aufbau eines solchen inneren Druckes befürchten müßte, der ein Zerreißen der Membranen verursachen würde. Der Abfall des Blutdruckes und des Gasdruckes in dem Oxygenator ist annehmbar gering.

Die typischen Leistungseigenschaften einer Einheit der Größe von ' etwa 29 χ 61 mm (entsprechend 11 1/2 χ 24 Zoll) zeigen, daß die Gasübertragungseigenschaften gleichmäßig hoch, sind (60 ml Sauer- ;

? 2 ί

stoff pro Minute und m und 40 ml C0_p pro Minute und m ). Die ; Wärmeübertragungsfähigkeit ist hervorra—gend. Die Gesamtwärme- ' j Übertragungskoeffizienten betrugen 142" χ 2,93 x 10 kWh (1& · BTU)/Stunde · US-Fuß ·■ ⁰F bei einer Aluminiummembran von 0,025 mm Dicke und 117 x 2,93 x 10"⁴ kWh (117 BTU)/Stunde · US-Fuß² · ⁰F j bei einer 0,05 mm dicken Membran aus einem Organopolysiloxan-Polycarbonat-Blockcopolymer und 104 χ 2,93 x 10 kWh (104 BTU)/ Stunde · US-Fuß² * ⁰F bei einer 0,075 mm dicken Polycarbonatmembran. Eine etwa 0,037 mm dicke Membran aus rostfreiem Stahl und eine etwa 0,05 mm dicke Polycarbonatmembran wiesen eine gleichermaßen wirksame Wärmeübertragung auf.

'-30.9844/.&99G-

Claims

Patentansprüche

Membrangerät für den Austausch von Blutwärme und die über-

^ tragung von Blutbestandteilen, gekennzeichnet
^: durch

a) eine Wärmeaustauscher-Untereinheit (8) mit

i) einer Platte mit einer zentralen oben offenen Ausnehmung
oder einem im wesentlichen ebenen Rahmen (60) mit einem i offenen im Zentrum gelegenen Bereich, der unten mit einer dünnen Membran (70) abgeschlossen ist, in Kombination mit einem beweglichen folienförmigen Element (72) innerhalb
der öffnung des Rahmens, ;

ii) einer Einrichtung (28) zum Bluteinlass an einem Endstück; der Platte oder des Rahmens (60) in Verbindung mit der
Ausnehmung bzw. dem zentralen Bereich,

iii) einer Einrichtung (64, 66) zum Blutauslass am anderen ; Endstück der Platte oder des Rahmens (60) in Verbindung mit der Ausnehmung oder dem zentralen Bereich,

iv) einer dünnen Membran (62), die an der oberen Oberfläche ■ der Platte oder des Rahmens (60) befestigt ist, um die '· Ausnehmung oder den zentralen Bereich abzuschliessen und zusammen mit den Einrichtungen zum Bluteinlass (28) und
Blutauslass (64, 66) eine Blutströmungskammer für den i

Wärmeaustausch zu bilden und j

b) einer Untereinheit (10) zum Austauschen von Blütbestandteilen mit · ,

i) mindestens einem im wesentlichen ebenen Rahmen (36) mit ; einem im Zentrum gelegenen offenen Bereich, !

ii) einer Einrichtung zum Bluteinlass (44, 46) an einem End-; stück des Rahmens (36) in Verbindung mit dem zentralen i Bereich, . !

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iii) einer Einrichtung zum Blutauslass (48) am anderen End-
_; stück des Rahmens (36) in Verbindung mit dem zentralen
i offenen Bereich, . :

j iv) dünnen, durchlässigen nicht porösen Membranen (38, 40), ,

I die auf den oberen bzw. unteren Oberflächen jedes Rah- '

j mens (36) angeordnet sind und zusammen mit den Ein- ,

: richtungen für den Bluteinlass (44, 46) und -auslass (48)|

; eine Blutströmungsumhüllung bilden, wobei die dem Blut j

j abgewandte Oberfläche einer oder beider Membranen (38,40)

'■ den oberen oder unteren Boden einer zusammenpressbaren

I Ausnehmung für eine Strömungsmittelströmung in jedem ;

I . Rahmen bilden, ^;

!· v) einer Einrichtung (50) zum Einlass eines Strömungsmittels an ehern Endstück des Rahmens (36) in Verbindung mit der ;

. · Ausnehmung für die Strömungsmjitelströmung, wenn die Aus- ; nehmung zusammengepresst ist,

j vi) einer Einrichtung (24, 26) zum Strömungsmittelauslass

am anderen Endstück des Rahmens (36) in Verbindung mit ^;

I der Ausnehmung für die Strömungsmittelströmung, wenn die | Ausnehmung zusammengepresst ist, !

ι vii) einer Einrichtung zum Verschliessen auf einer oder bei-

j den Oberflächen jedes Rahmens zur Bildung zusammen mit

^! der dem Blut abgewandten Oberfläche oder den Oberflächen

der Membran oder der Membranen, der Einrichtung zum Ein- !

I lass eines Strömungsmittels, der Einrichtung zum Auslass

j eines Strömungsmittels, einer oder mehrerer Strömungs- ,

j mittelströmungskammern für den Blutbestandteilaustausch ■

¹ und

viii) einem Strömungsmittel-Verteilungselement (52) in ;

mindestens einer der Strömungsmittelströmungskammern, ;

das im wesentlichen-; flach ist, die Membran abstützt und _; für den Durchgang des Strömungsmittels offen ist und

c) eine Einrichtung zur Übertragung des Blutes zwischen den
beiden genannten Austauschern.

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2. Gerät nach Anspruch 1, dadurch. gekennzeichnet , dass die Einrichtung zur Übertragung des : Blutes eine gestapelte Einheit umfasst, die aus dem Wärmeaus- ' tauscher und dem Blutbestandteilaustauscher besteht, wobei der Blutauslass von dem einen Austauscher mit dem Bluteinlass des ' anderen Austauschers ausgerichtet und fest verbunden ist. j

3. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekenn- I zeichnet , dass die auf der oberen Oberfläche der ι Wärmeaustauscherplatte bzw. des Rahmens befestigte dünne ; Membran aus nicht porösem Metall oder organischem polymerem ; Material besteht. I

4. Gerät nach Anspruch 3» dadurch gekenn- \ zeichnet , dass die Membran aus einem Organopoly- i siloxan, einem Polycarbonat, einem Blockcopolymer eines Organo-'

polysiloxans und eines Polycarbonats, Aluminium oder rost- j freiem Stahl besteht. ■ ^;

5. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekenn- ·

zeichnet , dass die dünnen auf den Rahmen des Blut- , bestandteil-Austauschers aufgebrachten Membranen durchlässig j und nicht porös sind, dass sie eine Vielzahl von Vorsprüngen
(42) aufweisen, die permenent in den Membranen gebildet sind,
wobei die Dicke der Membran im Bereich jedes Vorsprunges nicht grosser ist als die glatten Bereiche der Membran und die Vorsprünge in der Blutströmungsumhüllung einander gegenüberstehen.

6. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , dass die auf jedem Rahmen des Blutbestandteil-Austauschers aufgebrachten Membranen aus einem Organo- !

polysiloxan, einem Polycarbonat oder einem Blockcopolymer j eines Organopolysiloxane und eines Polycarbonats bestehen.

7. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , dass das Strömungsmitte1-Verteilungs-

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element (52) Kanäle für das Strömungsmittel auf den gegenüberliegenden ebenen Hauptoberflächen aufweist.

8. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekenn- ! zeichnet , dass bezüglich der Strömungsmittelaus- -;" nehmung, der Einrichtung für den Einlass eines Strömungsmittels!, der Einrichtung für den Auslass eines Strömungsmittels, der ; Strömungsmittelkammer für den Blutbestandteilaustausch und !

j des Strömungsmittel-Verteilungselementes das Strömungsmittel S

j jeweils ein Gas ist. :

i

■ . I

9. Gerät nach Anspruch 8, dadurch gekenn- ;

zeichnet , dass das Gasverteilungselement (52) Gas- i ι .. „ i -

Strömungskanäle auf seinen gegenüberliegenden ebenen Haupt- j

Oberflächen aufweist. j

10. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekenn- j zeichnet , dass das Verschlussmittel auf mindestens j

j einer Oberfläche eines Rahmens des Blutbestandteil-Austauschers, j welches damit die Strömungsmittelkammer für den Blutbestand-

teil-Austausch bildet, die untere Oberfläche des Wärmeaus- ;

tauschers ist. '

j . i

11. Gerät nach Anspruch 1, da durch g e k e η η - : ζ e i c hn e t , dass die dem Blut abgewandte Oberfläche i der Membran an der oberen Oberfläche des Wärmeaustauschers j sich in engem körperlichem Kontakt mit der Oberfläche einer ^: Wärmequelle oder einer Wärmesenke befindet. ·

12. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekenn- ! zeichnet , dass es eine Vielzahl von Blutbestand- i teil-Austauscherrahmen, BlutströmungsUmhüllungen, Strömungsmittelausnehmungen und Strömungsmittel-Verteilungselementen umfasst, die sich in einer gestapelten Einheit befinden. :

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13. Membrangerät für den Austausch von Blutwärme und Blutgas,
gekennzeichnet durch

a) eine Wärmeaustauscher-Untereinheit mit :

i) einer Platte mit einer zentralen oben offenen Aus- ; nehmung, '

ii) mindestens einer Bluteinlassöffnung an einem Ende der ! Platte in Verbindungfait der Ausnehmung, j

iii) mindestens einer Blutauslassöffnung am anderen Ende
der Platte in Verbindung mit der Ausnehmung und

iv) einer dünnen nicht porösen Membran auf der oberen Oberfläche der Platte, um die Ausnehmung abzuschliessen und
mit den Bluteinlass- und -auslassöffnungen eine Strömungskammer für den Blutwärmeaustausch zu bilden und

b) eine Blutgasaustauscher-Untereinheit mit :

i) mindestens einem im wesentlichen ebenen Rahmen mit einem
zentralen offenen Bereich, '.

ii) mindestens einer Bluteinlassöffnung an einem Ende jedes

Rahmens in Verbindung mit dem offenen Bereich,

iii) mindestens einer Blutauslassöffnung am anderen Ende ; des Rahmens in Verbindung mit dem zentralen offenen
Bereich,

iv) dünnen, durchlässigen, nicht porösen Membranen, die auf
den oberen bzw. den unteren Oberflächen jedes Rahmens
aufgebracht sind und zusammen mit den Bluteinlass- und
-auslassöffnungen eine Blutströmungsumhüllung bilden,
wobei die dem Blut abgewandte Oberfläche der oberen
Membran den unteren Boden einer zusammenpressbaren Gasströmungs-Ausnehmung in jedem Rahmen bildet,

v) mindestens einer Gaseinlassöffnung an einem Ende jedes
Rahmens in Verbindung mit der Gasströmungs-Ausnehmung,
wenn diese zusammengepresst ist,

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vi) mindestens einer Gasauslassöffnung am anderen Ende jedes Rahmens in Verbindung mit der Gasströmungs-Ausnehmung, wenn diese zusammengepresst ist, ;

vii) einem Gasverteilungselement (52) auf der dem Blut ab- [ gewandten Oberfläche mindestens einer Membran, wobei das Element im wesentlichen flach ist, die Membran ab- , stützt und offen für die Übertragung von Gas ist und etwas geringere Dicke aufweist als der Rahmen und

viii) mit Verschlussmitteln, welche den Boden des Wärmeaustauschers umfassen, der auf der oberen Oberfläche des obersten Elementes (52) angeordnet ist, dieses Element und die obere Membran des Gasaustauschers in die Ausnehmung des obersten Rahmens des Gasaustauschers presst und so mit der dem Blut abgewandten Oberfläche dieser Membran, der Gaseinlassöffnung oder -Öffnungen und der Gasauslassöffnung oder -Öffnungen eine Kammer für die Blutgasströmung bildet_Ä deren Tiefe gleich der Dicke des Elementes ist und ausserdem die Blutströmungsumhüllung zusammenpresst, um einen relativ dünnen Blutfilmraum zwischen den gegenüberstehenden Membranen zu schaffen, wobei der Wärmeaustauscher und der Gasaustauseher so gestapelt sind, dass die BlutauslassÖffnung oder -Öffnungen des Wärmeaustauschers mit der Bluteinlassöffnung oder ; den -Öffnungen des Gasaustauschers ausgerichtet und fest verbunden sind.

h, Gerät nach Anspruch 13, dad u r c h ge kennzeichnet , dass die" auf der oberen Oberfläche der , Wärmeaustauscherplatte befestigte Membran aus einem Metall j oder einem organischen polymeren Material besteht. , <

! 1

j 15· Gerät nach Anspruch 14, dadurch gekenn- .i

j zeichnet , dass die Membran aus rostfreiem Stahl i \ oder einem Polycarbonat besteht.

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16. Gerät nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet , dass die auf jedem Rahmen des Gasaus-

, tauschers angeordneten Membranen eine Vielzahl von Vorsprüngen (42) aufweisen, die permanent darin gebildet worden sind, wobei die Dicke der Membran im Bereich jedes Vorsprunges nicht grosser ist als in den glatten Bereichen der Membran und die Vor- j sprünge in der Blutströmungsumhüllung einander gegenüberstehen.;

17. Gerät nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet , dass die Gasaustauschermembranen aus einem Organopolysiloxan, einem Polycarbonat oder einem Blockco-' polymer eines Organopolysiloxans und eines Polycarbonate bestehen.

18. Gerät nach Anspruch 13, dadurch gekenn- i zeichnet , dass jedes GasVerteilungselement so gestaltet ist, dass es mit den Rändern des Rahmens Kanäle bildet,· dass jedes Element auch langgestreckte Rinnen oder Kerben auf- \ weist und die Kanäle Rinnen oder Kerben in durch die Membran ; unterbrochene Verbindung (registration) mit den Bluteinlass- >

, bzw. Blutaus las s Öffnungen im Gas aus t aus ehe rr ahme η stehen und '■ die Kanäle, Rinnen oder Kerben einen freien Raum bilden, in j welchem sich die Membranumhüllung innerhalb bestimmter Grenzen I ι ausdehnen kann, um einen langgestreckten Blutkanal oder j -kanäle zu schaffen, die stromab durch die Bluteintrittsöffnung oder -Öffnungen beendet werden und einen langge- ! streckten Blutkanal oder -kanäle zu schaffen, die innerhalb des Gasaustauschers beginnen und stromab bei der Blutauslassöffnung oder den -Öffnungen enden, wenn der Raum zwischen den

! gegenüberstehenden Membranen unter dem Druck des Blutes steht, j 19. Gerät nach Anspruch 13, dadurch gekenn-

ι zeichnet ,' dass die Bluteinlassoffnung oder -Öffnungen in dem Wärmeaustauscher stron/in einer Rille oder I j einem Kanal enden, um die Verteilung des Blutes in einem dünnen

Film über den Boden der Wärmeaustausehermem_bran zu erleichtern.

1

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20. Gerät nach Anspruch 13_S dadurch gekennzeichnet , dass die blutabgewandte Oberfläche der

• Wärmeaustauschermembran in engem körperlichem Kontakt mit ; der Oberfläche einer Wärmequelle oder Wärmesenke steht.

21. Gerät nach Anspruch 13, dadurch gekenn- , zeichnet , dass es in einer Stapeleinheit eine
Vielzahl von Blutgasaustauscherrahmen₉ Blutströmungsumhüllungen, Gasströmungsausnehmungen und Gasverteilungselementen umfasst» ;

22. Gerät nach Anspruch. 13_s dadurch ge kenn- I j zeichnet , dass jedes GasVerteilungselement Gas- > Strömungskanäle auf seinen gegenüberliegenden ebenen Haupt- j

ι oberflächen aufweist. !

" i

;23. Membrangerät für den Blutwärme- und Gas aus tausch.₉ ' _:

gekennzeichnet durch ■ j

a) eine Wärmeaustauscher—Untereinheit mit ί

i) einer Platte mit einer oben offenen zentralen Aus- j nehmung, \

ii) einer Bluteinlassöffnung zentral an einem Ende der j Platte angeordnet in Verbindung mit der Ausnehmung und
stromab in einem sich verjüngenden Längseinlasskanal
endend, der zentral im Boden der Ausnehmung angeordnet
ist,

iii) zwei Blutauslassöffnungen am anderen Endstück der

Platte in Verbindung mit. der Ausnehmung, beginnend stromauf in sich erweiternden Längsaustrittskanälen im Boden '■ der Ausnehmung entlang den gegenüberliegenden Rändern
davon, wobei Einlass- und Auslasskanal im Abstand voneinander angeordnet sind, um die Blutströmung in zwei : Pfade aufzuspalten und ,

iv) einer dünnen nicht porösen Membran an der oberen Ober- ! fläche der Platte, um die Ausnehmung abzuschliessen und
mit der Bluteinlassöffnung, den Blutauslassöffnungen

ι 3 09844/0980

und den entsprechenden Kanälen eine Zweipfad-Blutwärme-Austaus cherströmungskammer zu bilden und

b) eine Blutgas-Austauscher-Untereinheit mit !

i) mindestens einem im wesentlichen ebenen Rahmen mit einem ' zentralen offenen Bereich, ;

ii) einem Paar Bluteinlassöffnungen an einem Ende jedes '■ Rahmens in Verbindung mit dem zentralen Bereich,

iii) einer Blutauslassöffnung am anderen Ende des Rahmens
in Verbindung mit dem zentralen offenen Bereich, :

iv) dünnen durchlässigen nicht porösen Membranen mit einer
Vielzahl von Vorsprüngen, die permanent darin geformt " sind, wobei die Dicke der Membran im Bereich jedes Vorsprunges nicht ,grosser ist als die der glatten Bereiche

und dj.e Membranen :

der MembranVauf den oberen bzw. unteren Oberflächen jedes Rahmens angebracht sind und die Vorsprünge einander _: gegenüberstehen, wobei die Membranen zusammen mit den · Bluteinlass- und -auslassöffnungen eine Blutströmungs- ; umhüllung bilden und die blutabgewandte Oberfläche jeder . Membran den Boden oder das Oberteil einer zusammendrück.- ; baren Gasströmungs-Ausnehmung in jedem Rahmen bilden,

v) einer Gaseinlassöffnung an einem Endstück jedes Rahmens ; in Verbindung mit der Gasströmungs-Ausnehmung, wenn diese zusammengedrückt ist, ;

vi) einem Paar Gasauslassöffnungen am anderen Endstück jedes • Rahmens in Verbindung mit der Gasströmungs-Ausnehmung., ;

wenn diese zusammengedrückt ist, ;

vii) einem Gasverteilungselement auf der blutabgewandten ^: Oberfläche jeder Membran, wobei das Element im wesent- ; liehen flach ist, die Membran abstützt und Gasströmungs- i kanäle auf seinen gegenüberliegenden ebenen Hauptober- < flächen aufweist und eine Dicke hat, die etwas geringer ! ist als die des Rahmens und trapezförmig gestaltet ist, [ um zusammen mit den Rändern eines jeden Rahmens zwei sich

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verjüngende Kanäle zu bilden, die an den Bluteingangsöffnungen beginnen und einen zentral angeordneten, sich ^r erweiternden Kanal einschliessen, der stromab an der Blut- ; ausgangsöffnung endet, wobei die Kanäle freie Räume,
schaffen, in welche sich die Membranumhüllung mit bestimmten Grenzen ausdehnen kann, um ein Paar langgestreckter Blutkanäle zu bilden, die bei den Bluteingangs- : öffnungen beginnen sowie einen langgestreckten Bluti kanal, der innerhalb des Gasaustauschers beginnt und an

: der Blutausgangsöffnung endet, wenn der Raum zwischen den

! Membranen unter dem Druck des Blutes steht, wobei das ι

: Blut über die Gasaustauschmembran in zwei dünnen Film- '

j pfaden geleitet wird und . ^;

^! viii) Verschlussmitteln, welche den Boden des Wärmeaus-
^; tauschers umfassen, der auf der oberen Oberfläche des
ι obersten Elementes angeordnet ist, dieses Element und die ! obere Membran des Gasaustauschers in die Ausnehmung des
ι obersten Gasaustauscherrahmens drückt und so mit der blut— j abgewandten Oberfläche dieser Membran, der Gaseinlass-
: öffnung und den Gasauslassöffnungen eine Blutgäsströmungs- ! kammer bildet, deren Tiefe gleich der Dicke des Elementes ' .. -. ist und weiter die Blutströmungsumhüllung zusammen- ^: ', drückt, um einen relativ dünnen Pilmraum zwischen den ^: gegenüberstehenden Membranen zu schaffen und der Wärmeaustauscher und der Gasaustauseher so gestapelt sind, daß ι die Blutauslassöffnungen des Wärmeaustauschers mit den

Bluteinlassöffnungen des Gasaustauschers ausgerichtet und

! fest verbunden sind. ;

24. Gerät nach Anspruch 23, dadurch gekenn- >

! zeichnet , dass die dünne Membran, die auf der

oberen Oberfläche der Wärmeaustauscherplatte angebracht ist,
: aus einem Metall oder einem organischen polymeren Material
: besteht. .

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25· Gerät nach Anspruch 2¹I, dadurch gekennzeichnet , dass die Membran aus rostfreiem Stahl oder einem Polycärbonat besteht.

26. Gerät nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet , dass die an jedem Gasaustauscherrahmen befestigten Membranen aus einem Organopolysiloxan, einem Polycärbonat oder einem Blockcopolymer eines Organopolysiloxans und eines Polycarbonats bestehen.

27. Gerät nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet , dass sich die blutabgewandte Oberfläche der Wärmeaustatfachermembran in engem materiellem Kontakt mit der Oberfläche einer Wärmequelle oder Wärmesenke befindet. ;

28. Gerät nach Anspruch 23, dadurch gekenn- ' _; zeichnet , dass es einen Bodenverschluss aufweist, \ der eine Plsfcbe und einen Abstandshalter umfasst, die auf der j unteren Oberfläche des untersten Elementes angeordnet sind und dieses Element und das Bodenteil des Gasaustauschers in ^: den unterstenjGasaustauscherrahmen pressen und dabei eine ent- ; sprechende Blutgasströmungskammer schaffen.

29. Gerät nach Anspruch 23, dadurch gekenn-

zeichnet , dass es in einer gestapelten Einheit j eine Vielzahl von Blutgasaustauscherrahmen, Blutströmungsumhüllungen, Gasströmungsausnehmungen und Gasverteilungs- j

elementen umfasst. j

30. Membran-Blutgasaustauseher mit zwei Strömungspfaden, gekennzeichnet durch

i) mindestens einen im wesentlichen ebenen Rahmen mit einem zentralen offenen Bereich,

ii) ein Paar Bluteinlassöffnungen an einem Ende des Rahmens in Verbindung mit dem zentralen Bereich,

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iii) eine "Blutauslassöffnung am anderen Ende des Rahmens.in Verbindung mit dem zentralen offenen Bereich,

iv) dünne durchlässige nicht poröse Membranen mit einer Vielzahl permanent darin geformter Vorsprünge, wobei die Dicke . der Membran im Bereich jedes Vorsprunges nicht grosser ist als in den glatten Bereichen der Membranen und die Membranen auf den oberen bzw. unteren Oberflächen jedes Rahmens angeordnet sind, so dass die Vorspringe einander gegenüberstehen und die Membranen mit den Bluteinlass- und -auslassöffnungen eine Blutströmungsumhüllung bilden und die blutabgewandte'Oberfläche jeder Membran den Boden oder das Oberteil einer zusammenpressbaren Gasströmungs-Ausnehmung in jedem Rahmen bilden,

v) eine Gaseinlassöffnung an einem Endstück jedes Rahmens in Verbindung mit der Gasströmungs-Ausnehmung, wenn diese zusammengepresst ist,

vi) ein Paar Gasauslassöffnungen am anderen Endstück jedes Rahmens in Verbindung mit der Gasströmungs-Ausnehmung, wenn diese zusammengepresst ist,

vii) ein Gasverteilungselement auf der blutabgewandten Oberfläche jeder Membran, wobei das Element im wesentlichen ', flach ist, die Membran abstützt und für eine Gasströmung : offen ist und eine etwas geringere Dicke aufweist als der Rahmen und trapezförmig gestaltet ist, um mit den Rändern ^λ jedes Rahmens zwei sich verjüngende Kanäle zu-schaffen, die bei den Bluteinlassöffnungen beginnen und einen zentral angeordneten sich erweiternden Kanal einschliessen, der strom abwärts an der Blutauslassöffnung endet, wobei die Kanäle freie Räume schaffen, in welche sich die Membran innerhalb bestimmter Grenzen ausdehnen kann, um ein Paar langgestreckter Blutkanäle zu schaffen, die bei den Bluteingangsöffnungen beginnen und einen langgestreckten Blutkanal, der innerhalb des Gasaustauschers beginnt und an der Blutauslassöffnung endet, wenn der Raum zwischen den Membranen

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unter dem Druck des Blutes steht und wobei das Blut über die Gasaustauschermembran in zwei dünnen Filmpfaden geleitet wird und

viii) Verschlussmittel, die eine Platte und einen Abstandshalter umfassen, die auf der oberen Oberfläche des obersten Elementes angeordnet sind und dieses Element und die obere Membran des Gasaustauschers in die Ausnehmung des obersten Gasaustauscherrahmens drücken und so mit der blutabgewandten Oberfläche der Membran, der Gaseinlasseffnung und den Gasauslassöffnungen eine Blutgasstromungskammer bilden, : deren Tiefe gleich der Elementdicke ist und die die Blut- \ strömungsumhüllung zusammendrücken, um einen relativ dünnen Pilmraum zwischen den gegenüberstehenden Membranen zu s chaffen.

31. Gerät nach Anspruch 30, dadurch gekenn- i zeichnet , dass die an jedem Gasaustauscherrahmen

_; befestigten Membranen aus einem Organopolysiloxan, einem PoIy-

carbonat oder einem Blockcopolymer eines Organopolysiloxans ; und eines Polycarbonate bestehen.

32. Gerät nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet , dass es einen Bodenverschluss aufweist, der eine Platte und einen Abstandshalter umfasst, die auf der Bodenoberfläche des untersten Elementes angeordnet sind, dieses Element und die Bodenmembran des Gasaustauschers in den untersten Gas aust aus cherr ahmen drücken und so eine entsprechen-; de Blutgasstromungskammer schaffen. \

33· Gerät nach Anspruch 30, dadurch gekenn- ^:

zeichnet , dass das GasverteLlungselement Gas- \

Strömungskanäle auf den gegenüberliegenden ebenen Hauptoberflächen aufweist.

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34. Gerät nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet , dass es in einer gestapelten Einheit eine Vielzahl von Blutgasaustauscherrahmen, BlutströmungsUmhüllungen, Gasströmungsausnehmungen und GasVerteilungselemente umfasst.

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