NL1017570C2 - Bloedbehandelingsinrichting. - Google Patents

Description

BLOEDBEHANDELINGSINRICHTING

5 Bij het uitvoeren van sommige medische opera ties, zoals open hartoperaties, is het noodzakelijk de longfunctie tijdelijk door middel van apparatuur over te nemen. Hiertoe zijn er oxygenatoren ontwikkeld. Deze inrichtingen zijn in staat koolzuur uit het bloed op te 10 nemen en zuurstof aan het bloed toe te voegen.

De reeds bestaande oxygenatoren hebben echter een aantal nadelen. Het werkingsvolume (priming volume) van het bloed dat nodig is om met een oxygenator te werken, is in de bestaande apparaten zeer groot. In het 15 geval van de mens is 10% van het bloedvolume van een volwassene benodigd voor het werkingsvolume. Een ander nadeel is dat de verhouding tussen het werkingsvolume en het effectieve contactoppervlak dat gebruikt kan worden voor de overdracht van zuurstof en koolzuurgas klein is. 20 Om de genoemde bezwaren te ondervangen voorziet de onderhavige uitvinding in een bloedbehandelingsinrich-ting omvattende: - een eerste plaat voorzien van een aantal eerste kanalen in een eerste richting voor het daarin 25 transporteren van bloed; - een tweede plaat nabij de eerste plaat voorzien van een aantal tweede kanalen die een tweede richting voor het daarin transporteren van gassen; - een gasdoorlatend membraam dat tussen de 30 eerste en tweede kanalen is aangebracht.

Een voordeel van de onderhavige uitvinding is een relatief grote verhouding tussen het werkingsvolume en het contactoppervlak. Verder is het door de dimensio-nering van de platen en de kanalen zeer klein te houden 35 mogelijk een zeer laag werkingsvolume te bereiken. Hierdoor wordt het mogelijk zelfs om kleine zoogdieren, zoals ratten of kinderen, aan te sluiten op de bloedbehande- 1 0 - “? 5 V Λ 2 lingsinrichting zonder dat hiervoor extern bloed hoeft te worden toegevoegd.

Een voorkeursuitvoeringsvorm van de onderhavige uitvinding omvat een bloedbehandelingsinrichting waarbij 5 de eerste plaat aan een zijde een eerste kanaal omvat en aan de andere zijde een tweede kanaal omvat. Deze uitvoering heeft als voordeel dat er onder andere materiaal en ruimte bespaard kan worden door de functies van twee afzonderlijke platen in een plaat toe te passen.

10 Een verdere voorkeursuitvoeringsvorm van de onderhavige uitvinding heeft als kenmerk dat de hoek tussen de eerste en de tweede richting een hoek is in een interval van 30-90°. Een verdere uitvoering voorziet in derde platen met derde kanalen in een derde richting voor 15 het daarin transporteren van koelmiddelen. Door het transporteren van koelmiddelen is het mogelijk het bloed te koelen tijdens de behandeling. Door gebruik te maken van een derde richting komt het bloed en de lucht niet in aanmerking met de koelmiddelen.

20 Een verdere voorkeursuitvoeringsvorm van de onderhavige uitvinding omvat het kenmerk dat de platen en de membranen zijn vervaardigd uit een biocompatibel materiaal . Verder heeft het de voorkeur dat de membranen van een microporeus materiaal zijn gemaakt voor het doorlaten 25 van de gassen, zoals zuurstof en kooldioxide. Een voorbeeld van zo'n microporeus materiaal is polypropyleen. Voorbeelden van biocompatibele materialen zijn RVS 316 (DIN 1.4401), RVS 316L (DIN 1.4404), AS TM F6795 of AS TM F1314-95, waarbij de RVS-codes AlSI-codes zijn. Uit deze 30 legeringen kunnen de platen worden vervaardigd.

Een verdere uitvoeringsvorm van de onderhavige uitvinding omvat een of meer derde platen omvattende derde kanalen in een derde richting voor het koelen of verwarmen van de inrichting. Een belangrijk voordeel 35 hiervan is dat de temperatuur van het bloed tijdens de behandeling kan worden gevarieerd. Door het toevoeren van een koel- of verwarmingsmedium door de derde kanalen kan dit koelen of verwarmen geschieden. Het is mogelijk om de 1 0 1 ?r,7 ° 3 derde platen in dezelfde verhouding als eerste en tweede platen van de inrichting toe te voegen danwel in een hogere of lagere verhouding. Het kan bijvoorbeeld voldoende zijn om afwisselend via tien eerste en tweede 5 platen een derde plaat toe te voegen ten behoeve van de koeling of verwarming.

Een verdere voorkeursuitvoeringsvorm van de onderhavige uitvinding omvat een stapeling van de eerste platen, tweede platen en membranen voor het vergroten van 10 de behandelingscapaciteit van de inrichting. Deze behan-delingscapaciteit hangt onder meer samen met de grootte van het contactoppervlak tussen het te behandelen bloed en het te behandelen gas. Op dit contactoppervlak wordt het bloed gescheiden van het gas door het membraan. Het 15 contactoppervlak bevindt zich op de kruispunten van de eerste kanalen en de tweede kanalen. Hoe meer contactoppervlak er beschikbaar is voor het doorlaten van de gassen, zoals zuurstof en koolzuurgas, hoe meer gas er kan worden uitgewisseld. Dit contactoppervlak kan worden 20 vergroot door meer stapelingen van eerste en tweede platen met daartussen membranen te gebruiken danwel toe te voegen aan de inrichting. Een andere mogelijkheid van het vergroten van het contactoppervlak is het vergroten van de breedte van de platen, waardoor er per plaat meer 25 kanalen mogelijk worden. Anders gezegd, door het variëren van het aantal platen en de grootte van de platen kan de behandelingscapaciteit van de inrichting worden gevarieerd.

Verder is er voorzien in de mogelijkheid dat de 30 platen en membranen zijn vervat in een huis. Een verdere voorkeursuitvoeringsvorm hiervan is dat het huis de membranen en de platen tegen elkaar gedrukt houdt. Hiertoe kunnen de bovenzijden en de onderzijde van het huis een stapeling van platen en membranën ingeklemd houden en 35 de zijwanden van het huis kunnen tegen de stapeling van platen en membranen geklemd zijn. Een dergelijke wijze van het opbouwen van de inrichting is een mogelijkheid de * Ü t , J ; 0 4 gas-, bloed- en koelmiddelstromen gescheiden te houden anders dan via de membranen.

In een verdere voorkeursuitvoeringsvorm van de onderhavige uitvinding zijn de membranen tenminste zuur-5 stof- en koolzuurdoorlatend. Het voordeel hiervan is dat de behandeling tenminste een zuurstof en koolzuur uitwisselend effect kan hebben.

Verder is er voorzien in een dikte van de platen van 100 a 200 μτη en een diepte van de kanalen van 10 20 a 70 μτη en een breedte van de kanalen van 50 a 150 μτη. Deze maatvoeringen hebben als voordeel dat het Reynolds-getal, de drukval en de afschuifspanning die van invloed zijn op het te behandelen bloed binnen aanvaardbare grenzen komen te liggen. Typische waarden zijn voor het 15 Reynoldsgetal 0,21 a 0,37. Voor de drukval 4700 a 8200 Pa en voor de afschuifspanning 3,6 è 6,4 N/m2.

Aangezien bloed pas beschadigt bij een afschuif spanning boven de 15 N/m2 volgens "red all Rheology", M Bessis et al, NY.

20 Een verdere voorkeuruitvoeringsvorm van de onderhavige uitvinding heeft als kenmerk dat de eerste richting en de tweede richting of de derde richting en de tweede richting ligt in het interval tussen de 10° en de 45°. Verder kan deze uitvoering het kenmerk hebben dat de 25 grootste eerste richting en de tweede richting of de derde richting en de tweede richting ligt in het interval tussen de 45° en de 90°. Deze kenmerken hebben als bijzonder voordeel dat er zowel koeling kan plaatsvinden als gebruik kan worden gemaakt van een minimale hoeveelheid 30 bloedvolume. Een andere voorkeursuitvoeringsvorm van de onderhavige uitvinding omvat een werkwijze voor het behandelen van bloed met behulp van een bloedbehande-lingsinrichting volgens een of meer van de hierboven beschreven uitvoeringsvormen. Een verdere uitvoeringsvorm 35 voorziet in het samenstellen van een bloedbehandelingsin-richting volgens een of meer van de conclusies 1 tot en met 15 omvattende stappen voor het stapelen van platen en membranen. r Ü r ) : 5

Verdere voordelen, kenmerken en details van de onderhavige uitvinding zullen duidelijk worden bij lezing van de volgende omschrijving van een voorkeursuitvoeringsvorm met referentie aan de bijbehorende figuren, 5 waarbij: - figuur 1 een aanzicht is in perspectief van een samengestelde uitvoering van de onderhavige uitvinding; - figuur 2 een explosie-aanzicht in perspectief 10 is van de uitvoering van figuur 1; - figuur 3 een aanzicht is in perspectief van een uitvoering van de platen volgens de onderhavige uitvinding; - figuur 4 een aanzicht is in perspectief van 15 een andere uitvoering van de platen volgens de onderhavige uitvinding; - figuur 5 een aanzicht is in perspectief van een derde uitvoering van de platen volgens de onderhavige uitvinding; 20 - figuur 6 een aanzicht is in perspectief van een vierde uitvoeringsvorm van platen volgens de onderhavige uitvinding; - figuur 7 een aanzicht is in perspectief van een vijfde uitvoeringsvorm van platen volgens de onderha- 25 vige uitvinding;

Een uitvoeringsvorm van de onderhavige uitvinding (figuur 1, 2) is een bloedoxygenator met een zeer klein zogenoemd priming volume of werkvolume, waarbij de hoeveelheid in de ordegrootte van enkele ml (millili-30 ters), rond de 3 ml voor de hierbij beschreven uitvoeringsvorm, ligt. Dit volume is met behulp van de onderhavige uitvinding eenvoudig te vergroten door meer modulen volgens de hier beschreven uitvoering te gebruiken of grotere modulen te gebruiken.

35 Een huis van de oxygenator 1 omvat een boven plaat 2 en een daaraan met schroefbouten la - ld daaraan bevestigde onderplaat 3. Verder omvat het huis vier zijwanden 4, 5, 6, 7, welke aan de binnenzijde langs de M } ; ' 6 randen dikker zijn dan in een middengedeelte ten behoeve van het doorlaten van bloed en gas. De zijwanden 4 en 6 respectievelijk 5 en 7 worden naar elkaar toe gedrukt door middel van schroefbouten 5a - 5 d respectievelijk 5 6a - 6d. Verder zijn de platen 4 en 6 voorzien van een opening voor bloedslangen 8b en zijn de platen 5 en 7 voorzien van een opening voor gasslangen 8g. Deze slangen zijn bedoeld voor het aan- en afvoeren van bloed respectievelijk gas. Binnenin het huis bevinden zich stapelin-10 gen van platen 11 en 12 met daartussen membranen 13. In de platen 11 zijn kanalen aangebracht voor het transporteren van zuurstofgassen en in de platen 12 zijn kanalen aangebracht voor het transporteren van bloed. Het membraan 13 dat de kanalen scheidt is doorlatend voor gas-15 sen.

In deze uitvoering zijn de boven- en de onderplaat gevaardigd van polypropyleen dat voordelig is en dat eenvoudig te bewerken is. De beide platen zijn bij voorkeur onderling zo symmetrisch mogelijk. De stapeling 20 van membranen en platen wordt gefixeerd en geklemd tussen de platen van het huis met behulp van de schroefbouten teneinde een goede afdichting te kunnen realiseren.

De zijwanden zijn in deze uitvoering vervaardigd van polycarbonaat. Polycarbonaat is transparant 25 waardoor eventuele lekkages visueel eenvoudig kunnen worden gelokaliseerd. In de zijwanden zijn sleufgaten (niet getoond) aangebracht om de behuizing toepasbaar te maken voor verscheidene stapelhoogten van de membranen en platen.

30 Verder is er voorzien in een afdichting (niet getoond) tussen de zijwanden en de randen van de platen. Het is van belang dat dit afdichtingsmateriaal niet te hard is aangezien voor een hard afdichtingsmateriaal een grotere voorspankracht vereist is voor een goede afdich-35 ting. De voorspankracht dient echter minimaal te zijn om deformatie van stapeling te beperken cq. te voorkomen. In deze uitvoering (in een eerste prototype) is er in elkaar gedraaide teflon tape gecombineerd met vaseline als 1 u : . .

7 afdichting toegepast. Echter, vele soorten afdichtingen zouden hier gebruikt kunnen worden.

Zoals te zien is in figuur 3 worden de kanalen 14a gevormd door de plaat 11 en de kanaalscheidschotten 5 14. De kanalen 15a worden gevormd door de platen 12 en verhogingen 15 daarvan. Door de kanalen 14a stroomt bloedstroom B en door de kanalen 15a stroomt gasstroom G. Door membraan 13 wordt dan gas uitgewisseld tussen de gasstroom en de bloedstroom. Het gaat hierbij om een 10 zuurstofuitwisseling van de gasstroom naar de bloedstroom en een koolzuuruitwisseling van de bloedstroom naar de gasstroom. Het spreekt hiertoe vanzelf dat de gasstroom tenminste zuurstof omvat en dat de bloedstroom tenminste koolzuur omvat.

15 Aangezien de kanalen zeer klein zijn gedimensi oneerd en de membranen en de platen zeer dun zijn, is het mogelijk om een stapeling van vele platen en membranen aan te brengen in de oxygenator. In de onderhavige uitvoering worden platen gebruikt van 0,12 mm en membranen 20 van 0,035 mm waarbij de membranen bestaan uit microporeus polypropyleen. De kanalen hebben in de onderhavige uitvoering een breedte van 100 micrometer en een diepte van 50 micrometer waarbij de ribben een breedte hebben van 30 micrometer en een hoogte van 50 micrometer. Hierbij gaan 25 we uit van de platen zoals weergegeven in figuur 2a. Er zijn dus steeds twee platen en 1 membraan nodig voor een goede werking van een combinatie hiervan.

Een andere uitvoering, die van figuur 4, voorziet in kanalen aan beide zijdes van de platen en wel 30 kruiselings ten opzichte van elkaar. In deze uitvoering kunnen de membranen en de platen om en om gestapeld worden voor de zuurstof en koolzuuruitwisseling in het bloed. Een voordeel van deze uitvoering is dat het stapelen eenvoudiger wordt en dat er ruimtebesparender gewerkt 35 kan worden. Een derde uitvoeringsvorm (figuur 5) voorziet erin dat het membraan onderdeel is van de platen of dat de platen uit het membraanmateriaal?vervaardigd zijn. In het eerste geval bestaat de achterwand 13d van de platen no' 8 11b uit het gasdoorlatend materiaal. In het tweede geval bestaat de hele plaat uit het membraanmateriaal. De voordelen van deze uitvoering zijn dat er langs twee zijden van de kanalen gassen uitgewisseld kunnen worden, 5 hetgeen het enerzijds mogelijk maakt het aantal kanalen te verminderen anderzijds mogelijk maakt meer gassen uit te wisselen met dezelfde hoeveelheid bloed.

Deze uitvoering heeft productietechnische - en kostenvoordelen doordat de platen uit bijvoorbeeld polyp-10 ropyleen kunnen worden vervaardigd. De platen hebben in deze uitvoering zowel een kanaal/doorstroomfunctie als een membraanfunctie. Door middel van een proces als bijvoorbeeld hot-embossing zijn deze platen 11 en 12 voordelig en nauwkeurig te produceren.

15 Een bijzondere uitvoeringsvorm (figuur 6) bestaat in plaats van uit rechthoekige platen met twee stroomrichtingen uit zeshoekige platen 31, 32 en 34 met een zeshoekig membraan 33. In deze uitvoering dienen de kanalen 35a van plaat 32 en 36a van plaat 31 op soortge-20 lijke wijze als bij eerdere uitvoeringen voor het doorlaten van bloed respectievelijk gassen, waarbij het membraan 33 zorgdraagt voor de uitwisseling. Tevens is er voorzien in een plaat 34 met kanalen 37a door het toelaten van een extra stroom L die kan worden gebruikt voor 25 koeling en/of verwarming. Ook in deze uitvoeringsvorm is er voorzien in schotten 35, 36 en 37 die tezamen met de respectievelijke platen de kanalen vormen.

Omdat er in het geval van een rechthoekige uitvoeringsvorm van figuur 6 per contactoppervlak tussen 30 de kanalen 36a en 34a een hoger bloedvolume nodig is, is er voorzien in een andere rechthoekige uitvoeringsvorm (fig 7) met korte bloedkanalen 35a en langere gaskanalen 36a en koelvloeistofkanalen 37a. Een voordeel hiervan is dat er een even groot contactoppervlak is tussen de 35 bloed- en gaskanalen als in de uitvoeringsvormen van figuur 2. Er is weliswaar meer gas- en koelvloeistof-volume benodigd, maar dit kan in ruime hoeveelheden worden aangevoerd, terwijl de hoeveelheid bloed die in 10173?“ 9 een lichaam van een mens of dier beschikbaar is beperkt is. Zeker in het geval van kleine dieren of kinderen is de hoeveelheid bloed die beschikbaar is klein.

1 π i '7' ''

Claims (16)

1. Inrichting omvattende: 5. een eerste plaat voorzien van een aantal eerste kanalen in een eerste richting voor het daarin transporteren van een fluïdum, zoals bloed; - een tweede plaat nabij de eerste plaat voorzien van een aantal tweede kanalen in een tweede richting 10 voor het daarin transporteren van een of meer gassen of een mengsel van gasvorming medium; en - een gasdoorlatend membraan dat tussen de eerste en tweede kanalen is aangebracht.

2. Inrichting volgens conclusie 1 waarbij de 15 eerste plaat aan een zijde eerste kanalen omvat en een de andere zijde tweede kanalen omvat.

3. Inrichting volgens conclusie 2 waarbij de hoek tussen de eerste en de tweede richting een hoek is in het interval van 30-90 graden.

4. Inrichting volgens een of meer van de voor gaande conclusies waarbij is voorzien in derde platen met derde kanalen in een derde richting voor het daarin transporteren van koelmiddelen.

5. Inrichting volgens een. of meer van de voor- 25 gaande conclusies waarbij de platen en de membranen zijn vervaardigd uit een bio-compatibel materiaal.

6. Inrichting volgens een of meer van de voorgaande conclusies waarbij de membranen van een macroporeus materiaal zijn gemaakt.

7. Inrichting volgens conclusie 6 waarbij het microporeus materiaal polypropyleen omvat.

8. Inrichting volgens een of meer van de voorgaande conclusies waarbij de platen van RVS 316, RVS316L, ATSM F6795 of ASTM F1314-95 zijn vervaardigd.

9. Inrichting volgens een of meer van de voor gaande conclusies verder omvattende., een of meer derde platen omvattende derde kanalen in een derde richting voor het koelen van de inrichting. 1 Γ) * r~ f ·.

10. Inrichting volgens een of meer van de voorgaande conclusies waarbij de inrichting een stapeling van eerste platen, tweede platen en membranen omvat voor het vergroten van de bloedbehandelingscapaciteit van de 5 inrichting.

11. Inrichting volgens een of meer van de voorgaande conclusies waarbij de platen en membranen zijn vervat in een huis.

12. Inrichting volgens een of meer van de 10 voorgaande conclusies waarbij het huis de membranen en platen tegen elkaar gedrukt houdt.

13. Inrichting volgens een of meer van de voorgaande conclusies waarbij de membranen ten minste zuurstof en koolzuur doorlatend zijn.

14. Inrichting volgens een of meer van de voorgaande conclusies waarbij platen een dikte hebben van 100 μτη a 2 00 μτη en de kanalen een diepte van 20 μτη a 70 μτη en een breedte van 50 μτη a 150 μτη.

15. Werkwij ze voor het behandelen van bloed met •2 0 behulp van een inrichting volgens een of meer van de voorgaande conclusies.

16. Werkwijze voor het samenstellen van een inrichting volgens een of meer van de conclusies 1-15 omvattende stappen voor het stapelen van platen en mem- 2. branen.