Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Anreicherung von Fluiden mit einem Anreicherungsgas, wobei die Zuführung des Anreicherungsgases unter erhöhtem Druck relativ zu einem Umgebungsdruck zu dem bereits unter erhöhten Druck stehenden Fluid durchgeführt wird. Die Erfindung betrifft des Weiteren ein Verfahren zum Betreiben einer solchen Vorrichtung sowie die Verwendung der Vorrichtung im Falle von Blut als das Fluid zur extrakorporalen Kohlenmonoxid-Entgiftung, zur extrakorporalen Sauerstoffanreicherung des Bluts für eine Ischämiebehandlung oder Krebsbehandlung oder deren Unterstützung oder zur extrakorporalen Membranoxygenierung, und zudem ein Anreicherungsgerät.

Die Anreicherung von Fluiden mit Gasen ist eine bekannte Technik, um beispielsweise Fluide für spätere Prozesse oder Vorgänge vorbereiten. Dieses Prinzip hat neben anderen Technikfeldern insbesondere in der Medizintechnik einen großen Stellenwert, da damit das Blut (Fluid) eines Patienten aufbereitet werden kann, um den Patienten aus diversen unterschiedlichen medizinischen Gründen mit geeignetem Blut versorgen zu können. Beispielsweise können dadurch Kohlenmonoxidvergiftungen behandelt werden, indem das mit Kohlenmonoxid angereicherte Blut durch die Zugabe von Sauerstoff vom Kohlenmonoxid zumindest teilweise befreit werden kann. Heutzutage werden solche Patienten dazu mit Sauerstoff beatmet oder in eine Druckkammer mit Sauerstoffumgebung gesetzt. Auch zu anderen Zwecken wie der Ischämiebehandlung, der Krebsbehandlung, der Unterstützung von Krebsbehandlungen oder der extrakorporalen Membranoxygenierung (ECMO) ist es vorteilhaft, das Blut der Patienten mit Sauerstoff anzureichern. Hierbei findet die Sauerstoffanreicherung des Blutes extrakorporal in einer dafür geeigneten Vorrichtung statt.

Im Artikel „Hyperbaric phototherapy augments blood carbon monoxide removal“ von A. Fischbach etal., Lasers Surg.Med. 2021 , Seiten 1 - 7 ist eine Vorrichtung zur Behandlung einer Kohlenmonoxidvergiftung beschrieben, bei der Sauerstoff mit erhöhtem Druck über eine Photo-ECMO-Vorrichtung dem Blut bei Normaldruck zugegeben wird. Hierbei wird die Kohlenmonoxid-Elimination umso größer, je mehr der Sauerstoffdruck den Blutdruck übersteigt. Außerdem wird die Beeinflussung der Kohlenmonoxid-Elimination Sauerstoffaufnahme durch Beleuchtung der Reaktionskammer mit Licht bestimmter Wellenlänge untersucht. Eine möglichst schnelle und große Sauerstoffaufnahme ins Blut ist wünschenswert, um die Bearbeitungszeit des Blutes und damit die Behandlungszeit des Patienten abkürzen zu können. Allerdings würde die Erhöhung des Druckes ab einem Schwelldruck zu einer Bildung von Sauerstoffbläschen im Blut führen, die zum Beispiel Embolien im Patienten auslösen können. Die Überschreitung eines Gasdrucks auf der Gasseite im Vergleich zum Blutdruck würde zum Ausgasen der Membranen führen. Außerdem würde ein Druckablassen des, im Vergleich zur Umgebung (Patient) übersättigten Blutes zur Bildung von Gasblasen führen.

Es wäre daher wünschenswert, eine Vorrichtung zur Verfügung zu haben, mit der die Anreicherung eines Fluids mit Gas schnell und effektiv durchgeführt werden kann, ohne dass dabei aber das mit der Vorrichtung ausgeführte Verfahren eine Schädigung des Fluids oder des Patienten verursachen könnte.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, dem Stand der Technik eine Alternative oder Bereicherung zur Verfügung zu stellen.

Nach einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung löst diese Aufgabe eine Vorrichtung (1) zur Anreicherung von Fluiden (F) mit einem Anreicherungsgas in einem Hochruckbereich (2) innerhalb der Vorrichtung (1) im Durchfluss durch die Vorrichtung (1), wobei sich der Hochdruckbereich (2) zwischen einer Einlassseite (11) und einer Auslassseite (12) befindet und sich in Durchflussrichtung (D) des Fluids (F) erstreckt, umfassend eine Druckerhöhungseinheit (3), vorzugsweise eine erste Peristaltikpumpe, am Beginn (21) des Hochdruckbereichs (2) zur Erhöhung eines Drucks des Fluids (F) relativ zum Umgebungsdruck (UD), eine Gaszuführeinheit (4) im Hochdruckbereich (2) zur Zuführung des Anreicherungsgases (AG) unter erhöhtem Druck (HD2) relativ zum Umgebungsdruck (UD) zu dem bereits unter erhöhten Druck (HD1) stehenden Fluid (F) sowie einer Druckreduzierungseinheit (5), vorzugsweise eine zweite Peristaltikpumpe, am Ende (22) des Hochdruckbereichs (2) zur Entspannung des Fluids (F) zumindest auf einen Nutzdruck (ND) und vorzugsweise zur Förderung des Fluids (F) aus der Vorrichtung (1) heraus..

Begrifflich sei hierzu folgendes erläutert:

Soweit im Rahmen der hier vorliegenden Patentanmeldung unbestimmte Artikel und Zahlenangaben wie „ein“, „zwei“ usw. verwendet werden, sind diese immer als „mindestens“- Angaben zu verstehen, also als „mindestens ein“, „mindestens zwei“ usw., sofern sich nicht aus dem Kontext oder dem Fachwissen ergibt, dass etwa dort nur „genau ein“, „genau zwei“ usw. gemeint ist oder gemeint sein kann.

Der Begriff „Fluid“ bezeichnet hierbei jede Art von Fluid oder Flüssigkeit, das mit einem Anreicherungsgas angereichert werden kann. In manchen Ausführungsformen kann das Fluid eine physiologische Flüssigkeit, beispielsweise Blut oder Blutplasma sein.

Der Begriff „Hochdruckbereich“ bezeichnet den Bereich in der Vorrichtung, in dem der Druck auf das Fluid größer als der Umgebungsdruck der Vorrichtung ist.

Der Hochdruckbereich wird in der vorliegenden Erfindung beispielsweise durch das Vorhandensein der Druckreduzierungseinheit als zusätzlicher Flusswiderstand ermöglicht. Durch die Nutzung der Druckreduzierungseinheit im Fluidsystem ist es somit möglich, den Druck im Hochdruckbereich über das Niveau anzuheben, welches für eine einfache Überwindung der Strömungswiderstände der einzelnen Komponenten im Hochdruckbereich notwendig wäre. Somit ist es möglich, den Fluidfluss und den Fluiddruck im Hochdruckbereich unabhängig voneinander einzustellen.

Der Umgebungsdruck kann beispielsweise der normale Luftdruck sein, falls die Vorrichtung in einem Raum mit normalem Luftdruck angeordnet ist. Der Hochdruckbereich kann dabei ein einzelner zusammenhängender Abschnitt sein oder mehrere voneinander getrennte oder miteinander verbundene Abschnitte umfassen, die z.B. aus zwei parallelen Schläuchen verbunden über Y-Verbinder bestehen.

Der Hochdruckbereich kann so ausgestaltet sein, dass kein Schlauchabschnitt im Hochdruckbereich mit relevanter Elastizität bei vorherrschendem Druck, vor oder hinter einer Komponente vorhanden ist und wenn sich mehr als eine Komponente im Hochdruckbereich befindet, dass die Verbindungen dazwischen keine Schlauchabschnitte sind. Wenn Verbindungen im Hochdruckbereich vorhanden sind, können diese z.B. Rohre ohne relevante Elastizität sein, die dem vorherrschenden Druck standhalten oder wenn es Schlauchabschnitte sind, können diese mit Ummantelungen versehen werden, die eine Ausdehnung der Schlauchabschnitte durch den vorherrschenden Druck definiert begrenzen, ausgeführt z.B. als druckresistente Schlauchummantelung.

Optional kann der Hochdruckbereich eine vordefinierte Länge aufweisen. Der Begriff „mit vordefinierter Länge“ bezeichnet eine apparativ vorgegebene und im laufenden Betrieb der Vorrichtung nicht veränderliche Länge. Diese Länge wird durch der Einbauort bestimmter Komponenten in der Vorrichtung definiert und reicht von der Druckerhöhungseinheit bis zur Druckreduzierungseinheit, die als Komponenten der Vorrichtung eine feste Position haben, was die vordefinierte Länge bestimmt.

Der Begriff „Druckerhöhungseinheit“ bezeichnet jede Art von Komponenten, mit denen eine Druckerhöhung ausgeübt auf ein Fluid erreicht werden kann.

Die Druckerhöhungseinheit kann eine Pumpe, beispielsweise eine Kolbenpumpe, eine Zentrifugalpumpe oder eine Peristaltikpumpe, wie beispielsweise eine Rollerpumpe oder eine lineare Peristaltikpumpe, sein. Diese Liste ist nicht abschließend.

Die Druckerhöhung hat auch bzw. vor allem den Zweck, einen Fluidstrom durch den Hochdruckbereich zu erzeugen. In der hier vorliegenden Erfindung muss dazu der Druck insbesondere soweit erhöht werden, dass der Flusswiderstand der Druckreduzierungseinheit überwunden wird. Ohne Vorhandensein der Druckreduzierungseinheit würde dementsprechend das Druckniveau im Hochdruckbereich durch die Druckerhöhungseinheit nur so weit steigen, dass die Flusswiderstände der übrigen Komponenten überwunden werden.

Der Begriff „Druckreduzierungseinheit“ bezeichnet jede Art von Komponenten, mit denen eine Reduzierung eines auf ein Fluid ausgeübten Drucks erreicht werden kann.

Die „Druckreduzierungseinheit“ begrenzt beispielsweise den Hochdruckbereich in Richtung des Auslasses. Durch diese Komponente wird der zuvor aufgebaute Druck in einem Hochdruckbereich reduziert. Insbesondere stellt die Druckreduzierungseinheit jedoch einen zusätzlichen Flusswiderstand dar, durch den der Aufbau des Hochdruckbereichs erst ermöglicht wird. Insofern wirkt die Druckreduzierungseinheit für den Hochdruckbereich auch als absichtliche Druckerhöhungseinheit, wodurch der Fluiddruck im Hochdruckbereich über den Druck hinaus erhöht wird, der für die reine Förderung des Fluids gegen die Widerstände der anderen Komponenten in der erfindungsgemäßen Vorrichtung nötig wäre.

Im Stand der Technik wird dagegen in allen Kreisläufen der Druck genau so weit erhöht, dass alle Widerstände mit einem bestimmten Fluss überwunden werden können, wobei Fluss und Druck nicht unabhängig voneinander eingestellt werden können, da dort jede Druckänderung auch den Fluss ändert. Diese Komponente kann beispielsweise ein passives Element wie eine Schlauchklemme, eine Blende, eine Durchmesserengstelle oder ein aktives Element wie eine Pumpe (beispielsweise eine Kolbenpumpe, eine Zentrifugalpumpe odereine Peristaltikpumpe, wie beispielsweise eine Rollerpumpe oder eine lineare Peristaltikpumpe) sein, die entgegen der Strömungsrichtung des Fluides fördert (mit einer gewissen Durchlassfähigkeit in Durchflussrichtung) oder mit einer geringeren Fördergeschwindigkeit als die Druckerhöhungseinheit in Durchflussrichtung fördert. Die Druckreduzierungseinheit kann auch als ein anderes rotierendes Bauteil ausgeführt sein, welches vom Fluid durchströmt wird, sodass durch die Übertragung von Strömungsenergie vom Fluid in eine Rotation des rotierenden Bauteils, wie z.B. einem Flügelrad, der Druck im Fluid reduziert werden kann. Um die Reduzierung des Drucks zu beeinflussen, kann die Dichtigkeit des rotierenden Bauteils in seinem Gehäuse oder die Leckage des Fluides am rotierenden Bauteil vorbei oder der Drehwiderstand des rotierenden Bauteils eingestellt oder definiert werden. Die Druckreduzierungseinheit kann beispielsweise auch ein rotierendes Faserbündel sein.

Der Begriff „Durchflussrichtung“ bezeichnet die Strömungsrichtung des Fluids von der Einlassseite zur Auslassseite. In der vorliegenden Erfindung wird die Strömungsrichtung apparativ nicht umgekehrt, sodass die Druckerhöhungseinheit das Fluid immer in die gleiche Richtung, die Durchflussrichtung, fördert.

Der Begriff „Anreicherungsgas“ bezeichnet grundsätzlich alle Gase, die in das Fluid übertragen werden können. Dazu gehören beispielsweise Ozon, Sauerstoff oder jegliche Gasgemische mit verschiedenen Konzentrationen eines oder mehrerer Gase in einem anderen Trägergas.

Der Begriff „Nutzdruck“ bezeichnet den Druck, der auf dem Fluid nach der Druckreduzierungseinheit lastet. Der Nutzdruck kann je nach Anwendung dem Umgebungsdruck der Vorrichtung, den Normaldruck der Luft odereinem anderen Druckniveau entsprechen.

Der Begriff „Gaszuführeinheit“ bezeichnet die Komponente, in der das Anreicherungsgas dem Fluid zugeführt wird. Dies kann entweder im direkten Kontakt des Anreicherungsgases mit dem Fluid oder durch indirekten Kontakt und Transfer durch eine gasdurchlässige Oberfläche (Membran) hindurch von einer Gasseite zu einer Fluidseite geschehen. Als Gasseite wird hierbei der Teil der Gaszuführeinheit bezeichnet, der nicht vom Fluid durchströmt wird, sondern beispielsweise durch Membranen vom Fluid abgetrennt ist, also als die Seite, auf der das Anreicherungsgas zum Transfer in das Fluid anliegt.

Der Begriff “Gasabführeinheit” bezeichnet die Komponente, in der ein abzureicherndes Gas dem Fluid entzogen wird. Das für die Gaszuführeinheit bzgl. Gasseite und Fluidseite gesagte gilt grundsätzlich auch für die Gasabführeinheit. Je nach Partialdruck der anliegenden Gase im Fluid und auf der Gasseite kann die Gaszuführeinheit für eine Gaskomponente die Anreicherung dieser Gaskomponente im Fluid bewirken, als auch als Gasabführeinheit wirken, falls eine andere Gaskomponente im Fluid einen höheren Partialdruck ausweist als auf der Gasseite der Gaszuführeinheit. Dann würde die andere Gaskomponente aus dem Fluid auf die Gasseite übertreten und dort mit dem anliegenden Gasstrom abtransportiert werden.

Der Begriff „abzureicherndes Gas“ bezeichnet grundsätzlich alle Gase, die aus dem Fluid entfernt werden sollen. Dazu gehören beispielsweise je nach Anwendungsfall für die Vorrichtung nicht gewünschte Gase, schädliche Gase, gefährliche Gase oder überschüssige Gase oder jegliche Gasgemische mit verschiedenen Konzentrationen eines oder mehrerer solcher Gase in dem Fluid. Im beispielhaften Falle eine Behandlung einer Kohlenmonoxidvergiftung mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist CO ein abzureicherndes Gas.

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Behandlung von Fluiden mit Drücken über Umgebungsdruck. Bei der Anwendung der Vorrichtung wird ein Fluid, was sowohl jede Flüssigkeit und jede Dispersion miteinschließt, durch ein System gefördert, in dem es mindestens einen Druckbereich (Hochdruckbereich) gibt, in dem das Fluid mit einem Anreicherungsgas in Kontakt gebracht wird und im Hochdruckbereich ein erhöhter physikalischer Druck auf das Fluid wirkt. In der Vorrichtung kann es weitere Bereiche geben, Nicht-Druckbereiche, in denen das Fluid einem Druck im Bereich des Umgebungsdrucks ausgesetzt ist und in dem das Fluid auch mit Gas in Kontakt gebracht werden kann. Der Hochdruckbereich kann neben Druckerhöhungseinheit, Gaszuführeinheit und Druckreduzierungseinheit zusätzlich eine oder mehrere der nachfolgenden Komponenten umfassen, in denen sich das Fluid befinden kann oder durch die das Fluid strömen kann: Schlauchabschnitte, Schlauchverbinder, Konnektoren, Kammern, Kavitäten, Gasabführeinheit, Wärmezuführeinheit, Wärmeabführeinheit, etc. Die Vorrichtung kann neben dem einen Hochdruckbereich auch noch weitere Hochdruckbereiche ebenfalls verbunden mit der Einlass- und Auslassseite umfassen. Diese weiteren Hochdruckbereiche können sequenziell oder parallel zueinander angeordnet sein, sodass das Fluid in parallelen Leitungen durch die parallelen Hochdruckbereiche der Vorrichtung strömt oder in eine Leitung durch die in Reihe angeordneten Hochdruckbereiche der Vorrichtung strömt. Die einzelnen Hochdruckbereiche können dabei den gleichen erhöhten Druck oder unterschiedlich erhöhte Drucke auf das Fluid relativ zum Umgebungsdruck ausüben. Das Fluid und/oder Anreicherungsgas kann hierbei mit einem kontinuierlichen oder einem pulsatilen oder einem diskontinuierlichen Fluss oder einer Kombination dieser Flussarten durch bzw. in die Vorrichtung, insbesondere durch bzw. in den Hochdruckbereich, geführt werden.

Mit der Vorrichtung wird das Fluid stark mit Anreicherungsgas angereichert. Im Falle von Blut als das Fluid wird das Blut dabei über normale physiologische Sättigungswerte hinaus mit Anreicherungsgas, beispielsweise Sauerstoff, angereichert.

Die Vorrichtung kann so ausgestaltet sein, dass die mechanische Belastung auf das Fluid so gering wie möglich gehalten ist. Bei der Anwendung der Vorrichtung auf z.B. biologische Fluide wie z.B. Blut in einer medizinischen Anwendung führt eine geringe mechanische Belastung für das Blut zu einer geringen Schädigung der Blutzellen im Blut. Die Ausgestaltungen der Vorrichtung ermöglicht eine geringe mechanische Belastung für das Fluid.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung ermöglicht es somit, die Anreicherung eines Fluids mit Gas schnell und effektiv durchführen zu können, ohne dass dabei die Gasaufnahme eine nicht akzeptable Schädigung des Fluids oder eines Patienten verursacht.

In einer Ausführungsform ist der erhöhte Druck des Anreicherungsgases zwar höher als der Umgebungsdruck, aber kleiner als der erhöhte Druck des Fluids.

Dadurch kann das Fluid mit einer hohen Menge an Anreichungsgas angereichert werden, ohne dass dabei das Anreicherungsgas im Fluid Blasen bildet. Durch die Vermeidung von Blasen im Hochdruckbereich kann zudem verhindert werden, dass sich größere Gasblasen an bestimmten Stellen in der Vorrichtung im Hochdruckbereich ansammeln. Dies würde bei Blut als Fluid eine große Gefahr für den Patienten darstellen.

In einer weiteren Ausführungsform ist zumindest die Gaszuführeinheit so ausgestaltet, dass bei einem schwankenden erhöhten Druck des Fluids der erhöhte Druck des Anreicherungsgases dem schwankenden erhöhten Druck des Fluids entsprechend folgt. Bei Anwendung einer Gaszuführeinheit und/oder einer Gasabführeinheit im Hochdruckbereich kann die erfindungsgemäße Vorrichtung so ausgestaltet sein, dass der Druck auf der Fluidseite kontrolliert werden kann und/oder der Druck auf der Gasseite kontrolliert werden kann. Kontrolliert heißt in diesem Sinne beeinflusst werden kann und/oder eingestellt werden kann und/oder gemessen werden kann und/oder geregelt werden kann und/oder über die Konstruktion oder die Ausgestaltung definiert ist. Die Gaszuführeinheit und/oder die Gasabführeinheit kann z.B. so ausgestaltet sein, dass durch den kontrollierten Druck auf das Fluid und den kontrollierten Druck im Gas der Gasdruck auf einem ähnlichen Niveau wie der Fluiddruck im Hochdruckbereich ist, jedoch immer gleich oder etwas geringer als der Fluiddruck. Wenn z.B. der Gasdruck auf der Gasseite höher ist als auf der Fluidseite, dann kann eine Membran eingesetzt werden, die sich zwischen Fluid und Gas befindet und die diese Druckdifferenz aufrechterhält ohne dass Gasdurchtritt von Gas aus der Gasseite in die Fluidseite stattfindet. Z.B. eine direkte mechanische oder pneumatische Kopplung der beiden Drücke miteinander kann diese Eigenschaft sicherstellen, so kann z.B. der Gasdruck aus der Gasquelle zunächst auf ein druckübertragenes Element auf der Fluidseite wirken und somit den Druck im Fluid einstellen und anschließend kann derselbe Gasfluss im Druck leicht reduziert durch die Gasseite der Gaszuführeinheit und/oder der Gasabführeinheit laufen. Beispielsweise könnte über den Fluiddruck der Gasdruck geregelt werden. In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann der Partialdruck eines oder mehrerer im Fluid gelöster Gase gemessen werden, z. B. durch Messung der Lumineszenzemission oder mit einem elektrochemischen Sensor. Hierbei kann der Sensor je nach Messprinzip dafür innerhalb oder außerhalb des Hochdruckbereichs angeordnet sein. Mit dieser Information kann dann der Gasdruck des Anreicherungsgases in der Gaszuführeinheit derart geregelt und/oder gesteuert werden, dass bestimmte Grenzwerte des Gases im Fluid nicht überschritten werden. Bei den Grenzwerten kann es sich dabei beispielsweise um Löslichkeitsgrenzen des Gases im Fluid bei Nutzdruck handeln, sodass es nicht zu einem Ausgasen des Gases aus dem Fluid kommen kann, oder um Grenzwerte, um einen therapeutischen Nutzen zu erzielen.

In einer weiteren Ausführungsform entspricht im Hochdruckbereich der erhöhte Druck des Fluids einem Überdruck gegenüber dem Umgebungsdruck von 2 bar bis 4 bar, vorzugsweise 2,5 bar bis 3,5 bar, besonders bevorzugt im Wesentlichen 3,0 bar. Ein Betreiben der Vorrichtung bei noch höherem Druck wäre prinzipiell möglich.

Im Falle der Druckerhöhungseinheit und/oder der Druckreduzierungseinheit ausgeführt als erste und/oder zweite Peristaltikpumpen, besitzt die erste und/oder zweite Peristaltikpumpe jeweils einen Schlauchabschnitt, in dem sich sein Innendurchmesser in einer Richtung des Schlauchabschnitts verjüngt, vorzugsweise verjüngt sich der Innendurchmesser nicht symmetrisch, und/oder dessen Elastizität über den Schlauchabschnitt so variiert, dass eine Aufweitung bestimmter Teilabschnitte verhindert oder zumindest verringert werden kann.

In einer weiteren Ausführungsform sind bei der ersten und/oder zweiten Peristaltikpumpe ausgeführt als Rollerpumpe die Rollen, deren Ablaufflächen und/oder Dimensionen eines Pumpenkopfes zur Druckerhöhung bzw. Druckreduzierung geeignet unterschiedlich ausgestaltet.

In einer weiteren Ausführungsform ist in der ersten und/oder zweiten Peristaltikpumpe der Schlauchabschnitt mehr als einmal in gleicher Richtung durch die erste und/oder zweite Peristaltikpumpe gelegt.

Dadurch wird der Druck in mehreren Durchläufen durch die Peristaltikpumpe aufgebaut, was zu einer geringeren mechanischen Belastung des Fluids führt.

In einer weiteren Ausführungsform wird die zweite Peristaltikpumpe mit einer niedrigeren Drehzahl als die erste Peristaltikpumpe betrieben wird.

Dadurch wird zum einen der Hochdruckbereich aufgebaut und zum anderen kann ein Druckabbau vom erhöhten Druck im Hochdruckbereich auf den Nutzdruck in Durchflussrichtung hinter der zweiten Peristaltikpumpe erreicht werden.

In einer weiteren Ausführungsform arbeitet zumindest die erste Peristaltikpumpe mit vollständiger Okklusion bei Betriebsdruck im Hochdruckbereich.

Unter Okklusion versteht man den Verschluss des Schlauchabschnitts, der durch die Peristaltikpumpe gelegt ist, durch die in der Peristaltikpumpe von außen entlang des Schlauchabschnitts bewegten Druckmittel (z.B. Rollen), mit denen das Fluid durch den Schlauchabschnitt bewegt wird. Dadurch wird ein aufgrund nicht vollständiger Okklusion vorhandener Spalt im Schlauchabschnitt der Peristaltikpumpe vermieden, durch den das Fluid wieder vor die erste Peristaltikpumpe zurückströmen kann. In einem solche Spalt würde durch die Bewegung der Druckmittel eine große mechanische Belastung auf das Fluid ausgeübt werden und in einem solchen Spalt würde durch die Druckdifferenz zwischen Einlass und Hochdruckbereich Fluid rückwärts durch den Spalt gepresst werden und eine große mechanische Belastung auf das Fluid ausgeübt werden. Bei vollständiger Okklusion wird diese Belastung vermieden, indem das Fluid lediglich vor den Druckmitteln im Schlauchabschnitt hergeschoben aber nicht an die Wandung des Schlauchabschnitts gedrückt wird und indem das Fluid nur in Förderrichtung strömt, sodass der erhöhte Druck auf das Fluid schonend mit geringstmöglicher Belastung des Fluids aufgebaut wird. Dies ist insbesondere bei Blut als das Fluid wichtig, da dadurch wesentlich weniger Blutzellen und Blutbestandteile in der Druckerhöhungseinheit geschädigt werden.

In einer weiteren Ausführungsform wird die Druckreduzierungseinheit mit einer Pumpwirkung gegen die Durchflussrichtung betrieben, wobei dabei die Pumpwirkung so bemessen ist, dass Fluid in Durchflussrichtung durch die Druckreduzierungseinheit gelangen kann.

Somit wird der erhöhte Druck im Hochdruckbereich weiter aufrechterhalten, allerdings ist für einen Abfluss von Fluid aus dem Hochdruckbereich gesorgt.

In einer weiteren Ausführungsform wird dazu die Druckreduzierungseinheit als zweite Peristaltikpumpe mit einem Drehsinn gegen die Durchflussrichtung betrieben wird, wobei die zweite Peristaltikpumpe bei lediglich teilweiser Okklusion betrieben wird.

Die teilweise Okklusion ermöglicht einen Durchfluss von Fluid durch die zweite Peristaltikpumpe in Durchflussrichtung, obwohl die zweite Peristaltikpumpe dem entgegen pumpt.

In einer weiteren Ausführungsform werden die Druckerhöhungseinheit als erste Peristaltikpumpe und die Druckreduzierungseinheit als zweite Peristaltikpumpe betrieben, wobei erste und zweite Peristaltikpumpen als gemeinsame Pumpe mit einem gemeinsamen pumpenden Quetschmechanismus ausgeführt sind, wobei die erste Peristaltikpumpe durch einen ersten Schlauchabschnitt eingelegt in den Quetschmechanismus und die zweite Peristaltikpumpe durch einem zweiten Schlauchabschnitt eingelegt entlang des ersten Schlauchabschnitts in denselben Quetschmechanismus gebildet werden.

Dadurch kann eine Synergie erzielt werden, sodass für den Betrieb der gemeinsamen Pumpe lediglich ein Motor benötigt wird. Auch kann die Vorrichtung dadurch kompakter gebaut werden.

In einer weiteren Ausführungsform sind dabei der erste Schlauchabschnitt und der zweite Schlauchabschnitt von derselben Seite in die gemeinsame Pumpe eingelegt, sofern die zweite Peristaltikpumpe in Durchflussrichtung pumpen sollen, besonders vorteilhaft ist dies weil der Motor Kraft in die eine Drehrichtung aufwenden muss um die erste Peristaltikpumpe zum Druckaufbau zu betreiben und eine Gegenhaltekraft in die entgegengesetzte Drehrichtung aufwenden muss um die zweite Peristaltikpumpe zur kontrollierten Druckreduzierung zu betreiben und in dieser Ausführung wirken diese beiden Kräfte entgegengesetzt und reduzieren die Kraftanforderung an den Motor. Oder es sind der erste Schlauchabschnitt und der zweite Schlauchabschnitt von der entgegengesetzten Seite in die gemeinsame Pumpe eingelegt, sofern die zweite Peristaltikpumpen gegen die Durchflussrichtung pumpen soll.

Die im Nachfolgenden beschriebenen Ausführungsformen von Peristaltikpumpen können einzeln oder in Kombination in der ersten und/oder zweiten Peristaltikpumpe umgesetzt werden:

(a) Schlauchabschnitte mit Durchmesseränderungen:

Beim Einsatz einer Peristaltikpumpe am Beginn und/oder am Ende des Hochdruckbereiches kann die Peristaltikpumpe mit einem Schlauchabschnitt bestückt werden, der einen sich verjüngenden Schlauchabschnitt im Bereich der Peristaltikpumpe besitzt. Der sich verjüngende Schlauchabschnitt kann aus einem Schlauch mit kontinuierlicher Wandstärke und sich verjüngendem Innen- und Außendurchmesser oder aus einem Schlauch mit veränderlicher Wandstärke bei sich verjüngendem Innendurchmesser bei gleichbleibendem Außendurchmesser oder aus einem Schlauch mit nicht symmetrisch veränderlicher Wandstärke und sich nicht symmetrisch verjüngendem Innendurchmesser bestehen. Der Schlauchabschnitt im Bereich der Peristaltikpumpe kann im Querschnitt rund, oval, quadratisch, rechteckig oder in beliebiger Form ausgeführt sein und der Innendurchmesser und Außendurchmesser bezeichnen in diesem Sinne das innere und äußere Lumen eines Schlauches, auch wenn dieser im Querschnitt nicht rund ist. Der beschriebene Schlauchabschnitt kann im Sinne der Strömungsrichtung des Fluides durch den Schlauchabschnitt so ausgestaltet sein, dass er sich in einem Teilabschnitt zunächst erweitert und in einem anderen Teilabschnitt wieder verjüngt wobei die Durchmesser vor Erweiterung oder nach Erweiterung und vor Verjüngung oder nach Verjüngung und bei möglicher Wiederholung solcher Teilabschnitte unabhängig voneinander sind und nicht zwangsläufig wieder auf einen Ausgangsdurchmesser zurückgeführt werden müssen. Um eine Druckreduzierung am Ende des Hochdruckbereiches zu erreichen, kann ein Schlauchabschnitt mit einer Durchmesseraufweitung zum Einsatz kommen.

(b) Elastizität der Schlauchabschnitte:

Die erste und/oder zweite Peristaltikpumpe kann mit einem Schlauchabschnitt bestückt werden, der unterschiedliche Materialeigenschaften aufweist, also z.B. an einem Ende und/oder auf einer Seite der Mantelfläche eine geringere Elastizität aufweist als am anderen Ende und/oder auf der anderen Seite der Mantelfläche, sodass z.B. eine Aufweitung von bestimmten Teilabschnitten oder Seiten des Schlauchabschnittes durch z.B. erhöhten Innendruck im Schlauch beeinflusst oder verhindert werden kann.

(c) Dimensionen der Pumpen und der Schlauchabschnitte:

Die erste Peristaltikpumpe am Beginn des Hochdruckbereiches kann mit einem Schlauchabschnitt bestückt werden, der eine andere Dimension besitzt als der Schlauchabschnitt, mit dem die zweite Peristaltikpumpe am Ende des Hochdruckbereiches bestückt ist. Auch kann die erste Peristaltikpumpe am Beginn des Hochdruckbereiches andere Dimensionen besitzen wie die zweite Peristaltikpumpe am Ende des Hochdruckbereiches. Beim Einsatz einer Peristaltikpumpe, die als Rollerpumpe ausgeführt ist, kann diese in der Dimension der Rollen als auch in der Dimension des Pumpenkopfes unterschiedlich ausgestaltet sein, sowohl am Beginn als auch am Ende des Hochdruckbereiches.

(d) Zwei Schlauchabschnitte in einer Pumpe:

Der Schlauchabschnitt am Beginn des Hochdruckbereiches kann in dieselbe erste Peristaltikpumpe eingelegt werden wie der Schlauchabschnitt am Ende des Hochdruckbereiches. Dabei können die Schlauchabschnitte dieselben Dimensionen aufweisen oder unterschiedliche Dimensionen oder mindestens einer der beiden Schlauchabschnitte kann den oben beschriebenen verjüngenden Schlauchabschnitt aufweisen und wenn beide Schlauchabschnitte am Einlass und am Auslass des Hochdruckbereiches verjüngende Schlauchabschnitte aufweisen können diese in gegenläufiger Richtung, im Sinne der Strömungsrichtung des Fluides durch den Druckbereich einmal verjüngend und einmal erweiternd, in gleichlaufender Richtung, im Sinne der Strömungsrichtung des Fluides durch den Druckbereich beide verjüngend oder beide erweiternd, in dieselbe Peristaltikpumpe eingelegt werden. Wenn beide Schlauchabschnitte in eine Peristaltikpumpe als gemeinsame Pumpe eingelegt werden, können der Schlauchabschnitt am Beginn und am Ende des Hochdruckbereiches so gestaltet sein, dass sie in Kontakt stehen. Die Schlauchabschnitte können mindestens stellenweise aneinander liegen und die Schlauchwände sich so berühren, dass der Druck und die Ausdehnung im einen Schlauchabschnitt den Druck und die Ausdehnung im anderen Schlauchabschnitt beeinflussen. Zur definierten Führung der beiden Schlauchabschnitte können diese innerhalb der gemeinsamen Pumpe geführt werden, z.B. in Konturen oder Vertiefungen in der Abrollfläche einer Rollerpumpe, in den Rollen einer Rollerpumpe oder in der Basis oder den Stößeln einer Peristaltikpumpe. Diese Führung der beiden Schlauchabschnitte ist auch in jeder anderen beschriebenen Ausführung einer Peristaltikpumpe im Zusammenhang mit dem beschriebenen System möglich und auch mit nur einem Schlauchabschnitt oder mehr als zwei Schlauchabschnitten möglich. Die in Kontakt stehenden beiden Schlauchabschnitte am Beginn und am Ende des Hochdruckbereiches können auch so ausgestaltet sein, dass ein doppellumiger Schlauch eingesetzt wird, sodass z.B. ein höherer Druck im Schlauchabschnitt am Ende des Hochdruckbereiches im Vergleich zum Druck am Beginn des Hochdruckbereiches zu weniger Füllung des Schlauchabschnitts am Beginn des Hochdruckbereiches führt, was wiederum zur Druckreduzierung im Hochdruckbereich führt. Umgekehrt kann ein niedrigerer Druck am Ende des Hochdruckbereiches im Vergleich zum Druck am Beginn des Hochdruckbereiches zu mehr Füllung des Schlauchabschnitts am Beginn des Hochdruckbereiches führen, was wiederum zur Drucksteigerung im Hochdruckbereich führt, sodass z.B. insgesamt ein sich regulierendes System des Druckes im Hochdruckbereich entsteht kann. Die Lumen des doppellumigen Schlauches können nebeneinander, ineinander, unterschiedlich groß oder veränderlich in Form und Dimension ausgestaltet sein.

(e) Schlauchumlauf und Mehrfachschlauchumlauf:

Beim Einsatz einer Rollerpumpe als erste und/oder zweite Peristaltikpumpe am Beginn und/oder am Ende des Hochdruckbereiches können die Schlauchabschnitte in einem beliebig großen Winkel > 0° in die jeweilige Rollerpumpe eingelegt werden, vor allem nicht nur im Bereich von 0 - 360°, sondern auch darüber hinaus. Diese Ausgestaltung kann auch beim Einsatz einer linearen Peristaltikpumpe umgesetzt werden, z.B. indem der Schlauchabschnitt mehr als einmal in gleicher Richtung durch die Peristaltikpumpe gelegt wird. Dadurch wird der Druck in mehreren Durchläufen durch die Peristaltikpumpe aufgebaut, was zu einer geringeren mechanischen Belastung des Fluids führt.

(f) Anzahl Rollen und Schlauchklemmfunktionen:

Beim Einsatz einer Rollerpumpe als erste Peristaltikpumpe am Beginn des Hochdruckbereiches kann in der Rollerpumpe eine Rolle zum Druckaufbau im Hochdruckbereich und zur Förderung des Fluides genutzt werden, hierbei kann dann zusätzlich z.B. eine den Schlauchabschnitt abquetschende Funktion am Auslass der Rollerpumpe integriert sein, die z.B. entweder mit der Drehgeschwindigkeit der Rollerpumpe synchronisiert ist und aktiv geöffnet und wieder geschlossen wird oder die passiv öffnet und schließt sodass der Durchfluss am Auslass der Rollerpumpe immer dann aktiv zum Hochdruckbereich freigegeben wird, wenn die eine Rolle einen bestimmten Druck zwischen Rolle und abquetschender Funktionsstelle aufgebaut hat. Beim Einsatz einer Rollerpumpe am Auslass des Hochdruckbereiches kann in der Rollerpumpe eine Rolle zum Druckabbau im Hochdruckbereich und zur Förderung des Fluides genutzt werden, hierbei kann ebenfalls eine den Schlauchabschnitt abquetschende Funktion am Einlass der Rollerpumpe integriert sein. Beim Einsatz einer Rollerpumpe als erste und/oder zweite Peristaltikpumpe am Beginn und/oder am Ende des Hochdruckbereiches können Rollerpumpen mit zwei oder drei oder mehr Rollen eingesetzt werden und es kann zusätzlich die beschriebene abquetschende Funktion am Auslass der Rollerpumpe am Einlass des Hochdruckbereiches und/oder am Einlass der Rollerpumpe am Auslass des Hochdruckbereiches integriert sein.

(g) Veränderlicher Rollenabstand in Umfangsrichtung:

Beim Einsatz einer Rollerpumpe als erste und/oder zweite Peristaltikpumpe am Beginn und/oder am Ende des Hochdruckbereiches kann der Pumpenkopf so ausgeführt sein, dass die Rollen beim Umlauf auf der Abrollfläche der Rollerpumpe in umfänglicher Richtung des Pumpenkopfes nicht immer denselben Abstand zueinander haben sondern dass eine oder mehrere Rollen an einer oder mehreren definierten Stellen des Umlaufs oder des Schlauchabschnittes sich mit oder entgegen der Drehrichtung des Pumpenkopfes bewegen, während eine oder mehrere der anderen Rollen sich zu der Zeit nicht mit oder entgegen der Drehrichtung des Pumpenkopfes bewegen, sodass der Schlauchabschnitt, der zwischen zwei Rollen durch die Quetschungen durch die Rollen abgesperrt ist, z.B. kürzer oder länger wird und sich somit der Druck auf das sich in dem Schlauchabschnitt befindliche Fluid erhöht oder verringert. Die Eigenschaft einer Rolle an einem oder mehreren bestimmten Punkten des Umlaufs den Abstand in Drehrichtung zumindest kurzfristig zu den anderen Rollen zu verändern kann z.B. mit einer die Rolle in Drehrichtung des Pumpenkopfes beschleunigenden oder abbremsenden Federkraft oder pneumatischen Kraft umgesetzt werden, wobei der beschleunigende oder abbremsende Effekt sowohl von außen, von einer nicht mit dem Pumpenkopf mitbewegten Stelle auf die Rolle einwirken kann oder vom Pumpenkopf auf die Rolle einwirken kann. Ein abbremsender Effekt auf eine oder mehrere Rollen an einer oder mehreren Stellen kann z.B. durch eine Erhöhung in der Abrollfläche (z.B. „Hubbel“) der Rolle integriert werden, die erst nach Weiterlaufen des Pumpenkopfes und z.B. dem Überwinden einer Federkraft überwunden wird. Die Eigenschaft einer Rolle der zumindest kurzfristigen Umlaufverschiebung zu den anderen Rollen kann auch durch einen Mechanismus wie z.B. einer Kupplung oder einer Zahnradverbindung implementiert sein, der zwischen Pumpenkopf und Rolle zu einer mit oder entgegen der Drehrichtung des Pumpenkopfes beschleunigenden oder abbremsenden Bewegung der Rolle an einem oder mehreren bestimmten Punkten des Umlaufes führt.

(h) Anpresskraft der Rollen oder Stößel:

Beim Einsatz einer Rollerpumpe oder einer linearen Peristaltikpumpe als erste und/oder zweite Peristaltikpumpe am Beginn und/oder am Ende des Hochdruckbereiches kann die Anpresskraft z.B. der Rollen an die Abrollfläche der Rollerpumpe und den darin liegenden zu quetschenden Schlauchabschnitt oder z.B. der Stößel auf den Schlauchabschnitt durch Federkraft aufgebracht werden oder abhängig vom Druck im Hochdruckbereich sein, z.B. durch die direkte Kopplung des Druckes im Hochdruckbereich mit der Anpresskraft. Dadurch kann eine gleichbleibender Anpresskraft der Rollen einer Rollerpumpe oder der Stößel einer linearen Peristaltikpumpe sichergestellt werden um Effekte wie Wärmeausdehnung des Schlauchabschnitts oder von Komponenten der Peristaltikpumpe, Fertigungstoleranzen, Abnutzungseffekte des Schlauchabschnitts oder von Komponenten der Peristaltikpumpe, Materialstärken bei einem sich verjüngendem oder erweiterndem Schlauchabschnitt auszugleichen und so kann z.B. der Schlauchabschnitt nur so stark wie notwendig und nicht stärker als notwendig für eine Abdichtung des Hochdruckbereiches gequetscht oder okkludiert werden. Beim Einsatz einer Rollerpumpe als erste und/oder zweite Peristaltikpumpe am Beginn und/oder am Ende des Hochdruckbereiches können die Rollen mit einer Federkraft oder pneumatischen Kraft an die Abrollfläche der Rollerpumpe und den darin liegenden zu quetschenden Schlauchabschnitt gepresst werden. In diesem Fall können die Rollen auch exzentrisch gelagert sein, sodass die Abrollbewegung auf dem Schlauch nicht gleichförmig ist, z.B. so ausgeführt, dass der Druck auf das Fluid im Schlauchabschnitt, der zwischen zwei Rollen durch die Quetschungen durch die Rollen abgetrennt ist, erhöht oder verringert werden kann.

(i) Form der Rollen und der Abrollfläche:

Beim Einsatz einer Rollerpumpe als erste und/oder zweite Peristaltikpumpe am Beginn und/oder am Ende des Hochdruckbereiches können die Rollen eine nicht-zylindrische Form aufweisen wie z.B. eine kegelige Form. Die Abrollfläche kann zum einen z.B. zur Kegelform parallel angeordnet sein also selbst kegelförmig sein, sodass der zu quetschende Schlauch immer mit dem gleichen Abstand zwischen Rolle und Abrollfläche komprimiert wird. Wenn sich z.B. der Schlauchabschnitt, an der Abrollfläche anliegend, vom Pumpeneinlass zum Pumpenauslass entlang der axialen Richtung der kegelförmigen Rolle zum verjüngenden Ende hin erstreckt, dann wird der Abstand entlang des Schlauchabschnitts zwischen zwei umlaufenden kegelförmigen Rollen geringer, sodass der Druck auf das Fluid im Schlauchabschnitt, das zwischen zwei Rollen durch die Quetschungen durch die Rollen abgetrennt ist, erhöht oder verringert werden kann. Die Abrollfläche kann zum anderen z.B. zylindrisch sein, sodass der Abstand zwischen den kegeligen Rollen und der Abrollfläche nicht immer gleich ist und wenn sich z.B. der Schlauchabschnitt vom Pumpeneinlass zum Pumpenauslass entlang der axialen Richtung der kegelförmigen Rollen vom verjüngenden Ende zum erweiterten Ende erstreckt, dann wird der Schlauchabschnitt immer mehr und fester gequetscht, sodass ein Druckaufbau entstehen kann. Ein ähnlicher Effekt kann erziel werden, wenn zylindrische Rollen an einer kegelförmigen Abrollfläche entlangrollen.

(j) Exzentrischer Pumpenkopf:

Beim Einsatz einer Rollerpumpe als erste und/oder zweite Peristaltikpumpe am Beginn und/oder am Ende des Hochdruckbereiches kann der Pumpenkopf im Verhältnis zur Abrollfläche exzentrisch angeordnet sein und die eine oder mehrere Rollen am Pumpenkopf so gelagert sein, dass sie in radialer Richtung des Pumpenkopfes beweglich sind. Die Rollen können z.B. in radialer Richtung mit Federkräften beaufschlagt werden die die notwendige Quetschung des Schlauchabschnitts aufbringen und gleichzeitig eine Bewegung in radialer Richtung des Pumpenkopfes erlauben, sodass z.B. die Länge des Schlauchabschnittes, der zwischen zwei Rollen eingequetscht ist, beim Umlauf des Pumpenkopfes verkürzt oder verlängert wird und der Druck auf das Fluid, welches im Schlauchabschnitt eingeschlossen ist, erhöht oder verringert wird.

(k) Außen anliegender oder nicht-anliegender Schlauchabschnitt:

Beim Einsatz einer Rollerpumpe als erste und/oder zweite Peristaltikpumpe am Beginn und/oder am Ende des Hochdruckbereiches kann der Schlauchabschnitt so eingelegt werden, dass er z.B. überall an der Abrollfläche der Rollen anliegt oder dass er z.B. an keiner Stelle an der Abrollfläche anliegt, ausgenommen die Stellen wo die Rollen den Schlauchabschnitt an die Abrollfläche der Rollerpumpe andrücken. Durch geeignete Fixierungen des Schlauchabschnitts am Einlass der Rollerpumpe und/oder am Auslass der Rollerpumpe oder innerhalb der Rollerpumpe kann der Schlauchabschnitt entweder in der beschriebenen, komplett anliegenden Position oder in der beschriebenen, komplett nicht anliegenden Position gehalten werden oder er erstreckt sich in einer Position zwischen den beiden beschriebenen Positionen. Beim Einsatz z.B. einer Rollerpumpe am Beginn des Hochdruckbereiches kann der Schlauchabschnitt beim Einlegen vollständig an der Abrollfläche der Rollen anliegend eingelegt werden. Im Betrieb kann der Schlauchabschnitt vom Einlass der Rollerpumpe hin befüllt werden und wenn eine Rolle am Einlass in Eingriff mit dem Schlauch geht wird Druck zum Auslass der Rollerpumpe hin aufgebaut und um zu verhindern, dass sich der Schlauch am Auslass der Rollerpumpe verformt und z. B. abknickt, kann der Schlauchabschnitt an dieser Stelle z.B. so versteift sein, dass keine Verformung auftritt oder die Rollerpumpe verfügt z.B. über eine Aufnahme die den Schlauchabschnitt so führt, dass dieser sich nicht verformt. Das Verhältnis von Länge des Schlauchabschnitts innerhalb einer Rollerpumpe beim Einlegen des Schlauches im Verhältnis zur Länge bei befülltem Schlauchabschnitt, der z.B. entweder am Einlass des Hochdruckbereiches aus dem Normaldruckbereich befüllt wird oder z.B. am Auslass des Hochdruckbereiches aus dem Hochdruckbereich befüllt wird, kann z.B. dazu genutzt werden das der Druck auf das Fluid im Schlauchabschnitt, der zwischen zwei Rollen durch die Quetschungen durch die Rollen abgetrennt ist, erhöht oder verringert werden kann.

(l) Mehrere Rollerpumpen oder Pumpenköpfe am Beginn oder Ende des Hochdruckbereiches: Beim Einsatz einer Rollerpumpe als erste und/oder zweite Peristaltikpumpe am Beginn und/oder am Ende des Hochdruckbereiches kann eine Rollerpumpe aus zwei oder mehr Rollerpumpeneinheiten bestehen oder aus zwei oder mehr Pumpenköpfen bestehen oder ein Pumpenkopf hat zwei oder mehr axial übereinander angeordnete Pumpenkopfebenen oder sie kann aus einer Kombination dieser Varianten bestehen, wobei die mehreren Rollerpumpeneinheiten oder Pumpenköpfe oder Pumpenkopfebenen und ihre Rollen verschiedene Größen aufweisen können. Durch eine geeignete Abstimmung kann so z.B. am Einlass des Hochdruckbereiches in einem Teilabschnitt des Schlauchabschnittes der Druck auf das Fluid, das zwischen zwei Rollen der verschiedenen Rollerpumpeneinheiten durch die Quetschungen durch die Rollen abgetrennt ist, erhöht oder verringert werden.

(m) Passive Rollerpumpe am Auslass des Hochdruckbereiches:

Beim Einsatz einer Rollerpumpe als zweite Peristaltikpumpe am Ende des Hochdruckbereiches kann eine passiv drehende Rollerpumpe verwendet werden, die durch den erhöhten Druck im Hochdruckbereich gegenüber dem niedrigeren Druck im Normaldruckbereich hinter dem Auslass der Rollerpumpe angetrieben wird und so den Druck auf das Fluid im Hochdruckbereich auf den Nutzdruck, beispielsweise Normaldruck, reduziert. Der Pumpenkopf kann z.B. mit Federkraft oder einem magnetischen Widerstand oder einer pneumatischen Kraft oder einem Reibungswiderstand oder eine gegenhaltende motorische Einheit wie z.B. einem Elektromotor oder Schrittmotor so eingestellt sein, dass die Drehgeschwindigkeit des Pumpenkopfes zum gewünschten Durchfluss durch den Schlauchabschnitt bei gewünschter Druckreduzierung führt.

(n) Evakuierter Pumpenkopf:

Beim Einsatz einer Peristaltikpumpe als erste und/oder zweite Peristaltikpumpe am Beginn und/oder am Ende des Hochdruckbereiches können Peristaltikpumpen verwendet werden, in denen ein Bereich zwischen zwei Quetschkörpern mit Druck beaufschlagt werden kann, sodass der Außendruck auf den Schlauchabschnitt in der Pumpe kontrolliert werden kann, indem der Druck in diesem Bereich inkrementell und/oder kontinuierlich erhöht oder reduziert werden kann und somit die Ausdehnung des Schlauches beeinflusst werden kann. Bei einer Rollerpumpe kann z.B. der Teilabschnitt des Schlauchabschnittes, der zwischen zwei Rollen durch die Quetschungen durch die Rollen abgetrennt ist, dicht zur Umgebung ausgestaltet sein, sodass dieser Bereich mit pneumatischem Druck beaufschlagt und reduziert werden kann.

(o) Antrieb der Peristaltik

Beim Antrieb einer Peristaltikpumpe als erste und/oder zweite Peristaltikpumpe am Beginn und/oder am Ende des Hochdruckbereiches kann die Peristaltikpumpe pneumatisch oder elektronisch oder elektrisch oder hydraulisch angetrieben werden. Eine Rollerpumpe kann z.B. durch einen pneumatischen Antrieb rotiert werden indem z.B. durch einen zweiten Schlauchabschnitt, der am Pumpenkopf eingelegt ist, so dass ein erhöhter Druck in dem zweiten Schlauchabschnitt Peristaltikkörper wie z.B. Rollen am Pumpenkopf vorschiebt so dass der gesamte Pumpenkopf rotiert. Wenn für den pneumatischen Antrieb Gas genutzt wird, kann dieses nach oder vor Nutzung als Antriebsenergie z.B. ebenfalls genutzt werden, um den Druck im Hochdruckbereich aufzubauen und/oder kann z.B. durch eine Gaszuführeinheit oder eine Gasabführeinheit geleitet werden in dem Gas an das Fluid abgegeben wird oder Gas vom Fluid entfernt wird. Bei einer linearen Peristaltikpumpe können z.B. die Stößel der Pumpe pneumatisch angetrieben werden. Wenn für den pneumatischen Antrieb Gas genutzt wird, kann dieses nach oder vor Nutzung als Antriebsenergie z.B. ebenfalls genutzt werden, um den Druck im Hochdruckbereich aufzubauen und/oder kann z.B. durch eine Gaszuführeinheit oder eine Gasabführeinheit geleitet werden in dem Gas an das Fluid abgegeben wird oder Gas vom Fluid entfernt wird.

In einer weiteren Ausführungsform ist die Gaszuführeinheit als Membrankontaktor- Zuführeinheit ausgeführt.

Hierbei kann die Membrankontaktor-Zuführeinheit eine Mehrzahl an fluiddichten, aber gasdurchlässigen Membranen umfassen, wobei die Membranen das Fluid und das Anreicherungsgas so trennt, dass das Anreicherungsgas über die Membranen in das Fluid gelangen kann.

In einer bevorzugten Ausführungsform wird dabei ein erster Materialstrom aus Fluid oder Anreicherungsgas durch die Membrankontaktor-Zuführeinheit geleitet, wobei die Membranen in dem ersten Materialstrom in der Membrankontaktor-Zuführeinheit angeordnet sind, und wobei ein zweiter Materialstrom aus Anreicherungsgas oder Fluid, das nicht den ersten Materialstrom bildet, durch die Membranen separat vom ersten Materialstrom geleitet wird.

Vorzugsweise bilden dabei das Fluid den ersten Materialstrom und das Anreicherungsgas den zweiten Materialstrom.

Im Fluid können Anreicherungsgase in gelöster oder in gebundener oder in chemisch umgewandelter Form vorliegen oder verbraucht werden, dabei sind die vorliegenden Formen eines Gases im Fluid voneinander abhängig und auch abhängig von physikalischen Parametern wie z.B. der Temperatur oder dem Druck. Der Gasübergang von der Gasseite in die Fluidseite oder umgekehrt kann durch Diffusion oder konvektiven Gasdurchtritt durch eine Membran geschehen. Bei einem alternativen direkten Gas-Fluid-Kontakt passiert der Gasübergang an den Grenzflächen zwischen Anreicherungsgas und Fluid. Wenn die Anreicherungsgase zumindest zum Teil im Fluid in gelöster Form vorliegen, kann die Löslichkeit als gelöster Anteil der Gaskonzentration im Fluid oder als Partialdruck ausgedrückt werden. Der Partialdruck eines Anreicherungsgases oder anderer Gase im Fluid kann im Hochdruckbereich sowohl durch die Konzentration dieses Gases auf der Gasseite oder über die zugeführte Gasmenge oder über den Gasdruck des Anreicherungsgases und den Fluiddruck beeinflusst werden. Wenn die Konzentration oder der Partialdruck eines Gases auf der Fluidseite höher ist als auf der Gasseite wird das Gas vom Fluid in die Gasseite übergehen, z.B. in einer Gasabführeinheit. Wenn die Konzentration oder der Partialdruck eines Gases auf der Gasseite höher ist als auf der Fluidseite wird das Anreicherungsgas von der Gasseite in die Fluidseite übergehen, z.B. in einer Gaszuführeinheit. Ist z.B. der Fluiddruck höher als der Umgebungsdruck, so kann das Fluid mehr gelöstes Gas aufnehmen als bei einem Druck wie Umgebungsdruck. Über z.B. den Gasdruck kann die übergehende Menge eines Anreicherungsgases in das Fluid oder die abzuführende Menge eines abzureichernden Gases aus dem Fluid beeinflusst werden. Ist der Gasdruck z.B. über dem Umgebungsdruck und nur geringfügig unter dem Fluiddruck kann ein besonders hoher Anteil eines Anreicherungsgases in gelöster Form in das Fluid übertragen werden oder in diesem vorliegen. Ist z.B. der Gasdruck unterhalb des Fluiddrucks oder sogar unterhalb des Umgebungsdruck kann der gelöste Anteil eines Gases (z.B. ein abzureicherndes Gas) im Fluid reduziert werden. Auf der Gasseite kann Normaldruck oder Überdruck oder Unterdrück oder Vakuum angelegt werden. Wenn auf der Gasseite z.B. Unterdrück angelegt wird und ein Anreicherungsgas oder abzureicherndes Gas in so großer Menge im Fluid vorliegt, dass auf der Gasseite im Verhältnis zur Fluidseite eine geringere Konzentration dieses Gases vorliegt, kann das jeweilige Gas in einer Gasabführeinheit aus dem Fluid entfernt werden. Bei Anwendung des Verfahrens mit einem hier beschriebenen System können die beschriebenen Fluiddrücke und Gasdrücke über die Dauer des Verfahrens beliebig variiert und kombiniert werden. So können in dem Fluid unterschiedliche Konzentrationen aller verschiedener Gase über die Dauer der Anwendung des Verfahrens eingestellt werden. Beim Einsatz einer Peristaltikpumpe in der Vorrichtung, die auch für die Druckerhöhung und/oder die Druckreduzierung im Hochdruckbereich genutzt werden kann, kann ein Unterdrück oder Vakuum auf der Gasseite der Gasabführeinheit z.B. dadurch erzeugt werden, dass ein gasführender Schlauchabschnitt in die Peristaltikpumpe eingelegt wird, der durch die Förderung des Gases auf der Einlassseite der Pumpe einen Unterdrück oder ein Vakuum hervorruft.

In einer weiteren Ausführungsform umfasst daher die Vorrichtung des Weiteren eine Gasabführeinheit zur Abführung von abzureicherndem Gas aus dem Fluid heraus angeordnet im Hochdruckbereich in Durchflussrichtung hinter der Gaszuführeinheit.

Herbei kann die Gasabführeinheit als Membrankontaktor-Abführeinheit ausgeführt sein.

Wenn ein Gas (Anreicherungsgas oder andere Gase) in gelöster Form im Fluid im Hochdruckbereich vorliegt und wenn dieses Fluid am Ende des Hochdruckbereiches eine Druckreduzierung erfährt, kann das Gas im Fluid in den gasförmigen Zustand übergehen und es können sich Blasen im Fluid bilden, sowohl z.B. mikroskopische als auch makroskopische Blasen. Dieser Effekt des Ausgasens kann reduziert oder vollständig verhindert werden, indem z.B. eine Gasabführeinheit im Hochdruckbereich eingesetzt wird, die sowohl ohne eine Gaszuführeinheit im Hochdruckbereich eingesetzt werden kann als auch mit einer Gaszuführeinheit im Hochdruckbereich. Die Position der Gasabführeinheit im Sinne der Strömungsrichtung des Fluides durch den Hochdruckbereich kann aber auch sowohl vor als auch hinter der Gaszuführeinheit sein, wenn diese eingesetzt wird. Wenn eine Gasabführeinheit die Funktion der Gasentfernung erfüllen soll, muss sie dazu auf der Gasseite eine geringere Konzentration eines abzuführenden Gases aufweisen, als die Konzentration dieses Gases oder der Partialdruck dieses Gases auf der Fluidseite ist. Dieses Konzentrationsgefälle kann durch die Gaszusammensetzung auf der Gasseite oder die zugeführte und abgeführte Gasmenge oder über die Druckverhältnisse im Fluid und im Gas beeinflusst werden. Bei einem höheren Partialdruck des abzuführenden Gases auf der Fluidseite gegenüber der Gasseite wird z.B. über Diffusion das Gas aus dem Fluid entfernt. Dabei kann sich die Gasseite in einem Zustand des Überdrucks über Normaldruck oder im Normaldruck oder in einem Zustand des Unterdrucks unter Normaldruck oder in einem Vakuum befinden. Eine Gasabführeinheit kann auch eingesetzt werden, um ein Ausgasen beim Eintritt in einen Niederdruckbereich zu verhindern, indem die Gasabführeinheit vor den Einlass in den Niederdruckbereich platziert wird, um die Gaskonzentration zu verringern. Beim Einsatz einer Gasabführeinheit kann ein Unterdrück oder Vakuum auf der Gasseite dadurch erzeugt werden, dass ein Gasstrom durch ein Element durchgeführt wird, in dem der Venturieffekt vorherrscht und dass an dem Element eine Anschlussstelle besteht, an der gegenüber der Umgebung ein Unterdrück anliegt und dass diese Anschlussstelle mit der Gasseite der Gasabführeinheit verbunden ist. Beim Einsatz einer Gaszuführeinheit kann der Gasstrom zum Erzeugen von Unterdrück oder Vakuum auf Basis des Venturieffekts z.B. zum Teil oder vollständig derselbe Gasstrom sein, der in die Gaszuführeinheit reingeht oder aus dieser rauskommt.

In einer bevorzugten Ausführungsform wird dabei das mit Anreicherungsgas angereicherte Fluid als ein dritter Materialstrom durch die Membrankontaktor-Abführeinheit geleitet, wobei eine Mehrzahl an fluiddichten, aber gasdurchlässigen Membranen in dem dritten Materialstrom angeordnet sind, damit das abzureichernde Gas aus dem Fluid durch die Membranen gelangen und aus der Membrankontaktor-Abführeinheit abgeführt werden kann.

Hierbei kann Luft mit Umgebungsdruck oder Unterdrück auf der anderen Seite (Gasseite) der Membranen, z.B. in den Hohlfasermembranen anliegen. Bei der Gaszuführeinheit und/oder der Gasabführeinheit können die Membran als Hohlfasermembran oder als Flachmembran ausgeführt sein. Als Alternative zu einem Membrankontaktor könnte auch ein Kompartment mit Blasensäule verwendet werden.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist eine Vakuumpumpeneinheit an die Membranen zum Absaugen des aus dem Fluid durch die Membranen gelangten abzureichernden Gases angeschlossen ist. Als abzureicherndes Gas wird einerseits ein nachteiliges Gas im Fluid, beispielsweise ein giftiges Gas, bezeichnet oder ein an sich unschädliches Gas, das lediglich in einem zu hohen Anteil im Fluid bei erhöhtem Druck vorhanden ist, sodass es nach der Druckreduzierung aus dem Fluid aufgrund der niedrigeren Außendrucks ausperlen würde. In einer weiteren Ausführungsform ist die Druckreduzierungseinheit als Gasabführeinheit ausgebildet, vorzugsweise indem die Gasabführeinheit durch Anordnung und/oder Packungsdichte der Membranen und/oder Strömungsführung des Fluids für den Einsatz als Druckreduzierungseinheit ausgeführt ist.

Dies ist beispielsweise dann möglich, wenn die Membranen in einer geeigneten Anzahl, Dichte und/oder Anordnung zueinander im dritten Materialstrom angeordnet sind und/oder die Gasabführeinheit als Druckreduzierungseinheit eine geeignete Ausgestaltung, beispielsweise eine geeignete Geometrie, aufweist, sodass die Reibung des Fluids an den dem Fluid zugewandten Oberflächen der Membranen und/oder der Gasabführeinheit einen Druckabfall bewirkt. In diesem Fall wäre beispielsweise keine zweite Peristaltikpumpe von Nöten.

Die Membran kann vor allem eine Hohlfasermembran oder eine Flachmembran sein.

In einer weiteren Ausführungsform sind Gaszuführungseinheit und Gasabführeinheit in einem gemeinsamen Bauteil integriert.

Da in beiden Komponenten Gaszu- und Ableitungen benötigt werden, könnte die gemeinsame Ausführung in einem Bauteil manche Komponenten gemeinsam nutzen, sodass eine Reduzierung der Gesamtkomponentenanzahl möglich wäre.

Hierbei könnte beispielsweise auch in die erste oder zweite Peristaltikpumpe ein weiterer Schlauchabschnitt eingelegt sein, der mit einem Gasauslass der Gasabführeinheit zur Bereitstellung eines Unterdrucks für eine verbesserte Gasabfuhr aus dem Fluid verbunden ist.

In einer weiteren Ausführungsform ist die Gaszuführeinheit und/oder die Gasabführeinheit mit der Druckreduzierungseinheit kombiniert.

Das Kompartment, welches die Membran enthält, mit der die Gaszuführung und/oder die Gasabführung durchgeführt wird, ist z.B. ein zylindrisches Bauteil, welches rotiert. Das Fluid wird radial gesehen von außen diesem Bauteil zugeführt und radial gesehen innen aus diesem Bauteil abgeführt. Durch die Rotation dieses Bauteils erfährt das Fluid einen Rotationsdruck oder eine Zentrifugalbeschleunigung oder eine Zentrifugalkraft nach außen, die einen Druckaufbau in diesem Bauteil radial nach außen bewirkt, sodass eine Fluiddurchführung von radial außen nach radial innen durch das Rotieren des Bauteils mit einer Druckreduzierung im Fluid einhergeht, während gleichzeitig über die in dem Kompartment enthaltene Membran eine Gaszuführung oder Gasabführung stattfindet. In einer weiteren Ausführungsform ist die Druckerhöhungseinheit und/oder die Druckreduziereinheit mehrstufig ausgestaltet, um den gewünschten erhöhten Druck des Fluids in mehreren Schritten ausgehend vom Druck des Fluids an der Einlassseite zu erreichen bzw. auf den Nutzdruck an der Auslassseite zu verringern.

Damit kann die mechanische Belastung auf das Fluid pro Druckerhöhungs- oder Druckreduzierungsschritt geringer gehalten werden, als es bei einer einstufigen Druckerhöhung oder -reduzierung der Fall wäre.

In einer weiteren Ausführungsform ist das Fluid eine physiologische Flüssigkeit, vorzugsweise Blut, und/oder das Anreicherungsgas umfasst zumindest zum überwiegenden Teil Sauerstoff, vorzugsweise besitzt das Anreicherungsgas Sauerstoffanteile von mehr als 80 %, besonders bevorzugt mehr als 90 %, noch mehr bevorzugt mehr als 95 % besitzt oder reiner Sauerstoff ist.

Gaszuführeinheit und/oder Gasabführeinheit können so ausgelegt sein, dass dem Fluid über eine Gaszuführeinheit Anreicherungsgas zugeführt wird, welches im weiteren Verlauf und Verbleib des Fluides eine Funktion erfüllen kann. Es kann z.B. so viel Anreicherungsgas gelöst in das Fluid eingebracht werden, dass die Art und die Mengen des Gases oder der Gase für eine Wirkweise mit anderen Stoffen oder Zellen oder genverändernden Substanzen in dem Fluid geeignet sind oder deren Wirkweise unterstützten oder verhindern. Wenn eine oder mehrere Schnittstellen der Vorrichtung mit einem außenstehenden System in Kontakt stehen, kann die Vorrichtung so ausgelegt sein, dass z.B. soviel Anreicherungsgas gelöst in das Fluid eingebracht wird, dass die Art und die Mengen des Gases oder der Gase dazu führen, dass sich in dem außenstehenden System Gasbestandteile aus dem Fluid lösen z.B. in Form von Mikroblasen und die im außenstehenden System einen funktionellen Nutzen aufweisen wie z.B. die Sichtbarmachung mit bildgebenden Verfahren der z.B. Mikroblasen im Fluidstrom.

Wenn eine oder mehrere Schnittstellen der Vorrichtung mit einem außenliegenden System in Kontakt stehen, kann ein hydrostatischer Unterdrück oder Saugdruck auf das System wirken und bei Einsatz einer Gaszuführeinheit und/oder Gasabführeinheit ein Gasdurchtritt durch die Membran auftreten. Zur Verhinderung dieses Effektes kann das hier beschriebene System z.B. so ausgeführt sein, dass in einer Gaszuführeinheit und/oder Gasabführeinheit, die sich innerhalb eines Hochdruckbereiches befindet, ein Fluiddruck über dem Umgebungsdruck herrscht, sodass innerhalb einer Gaszuführeinheit und/oder Gasabführeinheit immer ein höherer oder gleicher Druck auf der Fluidseite als auf der Gasseite vorliegt und kein Gasdurchtritt z.B. durch eine Membran von Gasseite in die Fluidseite auftritt. Die Vorrichtung kann so ausgestaltet sein, dass kein Gasdurchtritt auftritt, auch wenn sich das hier beschriebene System über dem außen anliegenden System befindet, wie z.B. räumlich über einem Patienten und somit über dem Gefäßsystem eines Patienten. Diese Ausgestaltung der Vorrichtung ist besonders vorteilhaft z.B. bei Nutzung der Vorrichtung in einer klinischen oder außerklinischen Anwendung bei dem die Vorrichtung im Verhältnis zum angeschlossenen außen anliegenden System wie z.B. dem Gefäßsystem eines Patienten relativ bewegt wird und sich die Vorrichtung mal unterhalb oder auf gleicher Höhe oder über dem außen anliegenden System befindet und die Vorrichtung in seiner Lage und Orientierung im Raum variabel gehandhabt wird.

Die Vorrichtung kann ferner so ausgestaltet sein, dass an einer beliebigen Stelle der Vorrichtung eine Schnittstelle nach außen besteht, über welche sowohl eine Zuführung von Substanzen in das Fluid vorgenommen werden kann als auch Fluid abgenommen werden kann. Bei einer Zuführung von Substanzen können unter anderem Medikamente oder Arzneimittel zugegeben werden oder Stoffe oder Marker zur Sichtbarmachung von Fluidbestandteilen, entweder direkt oder durch weitere Visualisierungsmethoden, oder Substanzen die die Aufnahmefähigkeit des Fluides für Gase erhöhen wie z.B. PFC-Fluide oder Stoffe die das Fluid und oder einzelne Bestandteile des Fluides vor thermischen oder chemischen oder mechanischen Einflüssen und Schädigungen schützen wie z.B. Stoffe die Blut vor Zellschädigung schützen oder Stoffe die die Tonizität des Fluides beeinflussen wie z.B. Kochsalzlösung, sodass entweder ein isotones oder ein hypotones oder ein hypertones Fluid bereitgestellt wird.

Natürlich können die Einstellungen für die Druckerhöhungs- und Druckreduzierungseinheiten sowie für die Gaszuführ- und Gasabführeinheiten manuell vorgenommen werden, was allerdings einen meist nicht gewünschten Bedienungsaufwand darstellt und Fehlbedienungen erlauben würde.

In einer weiteren Ausführungsform umfasst die Vorrichtung daher eine Steuereinheit, die zumindest mit der Druckerhöhungseinheit und der Druckreduzierungseinheit zur Steuerung des erhöhten Drucks im Hochdruckbereich mittels geeigneter Datenverbindungen verbunden ist.

Vorzugsweise ist die Steuereinheit mit der Gaszuführeinheit zur Steuerung einer Zufuhr des Anreicherungsgases und des Gasdrucks und/oder mit der Gasabführeinheit zur Steuerung der Abfuhr des abzureichernden Gases und des Gasdrucks verbunden. Die Steuereinheit umfasst vorzugsweise einen oder mehrere Prozessoren und eine oder mehrere Datenspeicher zur Ablegung eines Steuerprogramms, dass für den Betrieb der Vorrichtung in den Prozessor zur Ausführung installiert ist. Im Steuerprogramm können Vorrichtungsparameter vordefiniert sein. Der Anwender könnte aber auch Vorrichtungsparameter über eine Eingabeschnittstelle in die Vorrichtung eingaben, sodass die Steuereinheit die Vorrichtung gemäß er eingegebenen und/oder abgespeicherten Parameter steuert. Die Steuereinheit ermöglicht bzw. erleichtert dem Anwender eine Bedienung des Systems und kann ihn mit Informationen, z. B. Messwerten, versorgen. Die Steuereinheit kann sowohl teilweise auf mechanische Weise als auch auf elektrotechnischer Basis funktionieren, sowie auf Logikschaltungen aufgebaut sein, oder aus einer Kombination. In dieser Steuereinheit kann z. B. eine Abhängigkeit des gasseitigen Drucks vom fluidseitigen Druck vorgesehen sein, sodass beim Betrieb des Systems z. B. der gasseitige Druck nie den fluidseitigen Druck unter- oder überschreitet. Auch kann z. B. eine Abhängigkeit des Gasdrucks in der Gaszuführeinheit vom Gaspartialdruck im Fluid vorgesehen werden, sodass ein Ausgasen des Gases bei der Druckreduzierung vermieden werden kann. Weiterhin kann es durch die Steuerung ermöglicht werden, den Betrieb von mehreren Pumpen in Abhängigkeit des Systemdrucks zu synchronisieren, sodass der Anwender nur noch Einfluss auf die Fluidflussrate der Vorrichtung hat, der Systemdruck dabei aber immer automatisch auf einem voreingestellten Wert gehalten wird, indem die Steuereinheit z. B. das Verhältnis der Drehzahlen der Pumpen oder die Öffnung einer Blende oder die Okklusion eines Schlauches anpasst.

Beim Einsatz einer Wärmezuführeinheit oder Wärmeabführeinheit in der Vorrichtung kann diese z.B. aus Fasern oder Platten oder sonstigen Wärmeübergangsflächen bestehen, die auf einer Seite mit temperiertem Wasser beströmt werden und auf der anderen Seite mit dem Fluid beströmt werden, auf welches das Verfahren zur Anreicherung mit Gas angewendet wird. Die Wärmezuführeinheit oder Wärmeabführeinheit in der Vorrichtung kann auch von außen auf die Mantelfläche von Schlauchabschnitten, Schlauchverbindern, Konnektoren, Kammern, Kavitäten angewendet werden. Beispielsweise kann die Vorrichtung einen Schlauchabschnitt enthalten, um den ein Mantelelement gelegt ist, welches über den Mantel aktiv Wärme in den Schlauchabschnitt einbringt oder entfernt. Für einen Temperaturerhalt in der Vorrichtung kann das System so ausgelegt sein, dass z.B. isolierendes Material um die Komponenten des Systems gelegt wird, z.B. können Mantelelemente aus isolierendem Material um einen Schlauchabschnitt gelegt sein oder eine Komponente kann in einem Gehäuse aus isolierendem Material platziert werden. Eine Temperaturaufrechterhaltung oder Temperatureinstellung des Fluids kann überall dort angewendet werden, wo das aus der Auslassseite der Vorrichtung austretende Fluid eine für die nachfolgenden Prozesses bestimmte Temperatur haben muss. Beispielsweise sollte Blut als das Fluid eine Temperatur von ca. 37°C besitzen, bevor es ggf. wieder in den Patienten eingeleitet wird.

Für eine Niederdruckanwendung der Vorrichtung müssten nur die Komponenten am Ein- und Auslass getauscht und die druckregulierenden Einheiten entsprechend betrieben werden.

Nach einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung löst die gestellte Aufgabe eine Verwendung der vorstehend beschriebenen Vorrichtung, wobei Blut als Fluid und Sauerstoff als Anreicherungsgas verwendet wird, zur extrakorporalen Blutbehandlung.

Hierbei kann die Blutbehandlung eine extrakorporale Kohlenmonoxid-Entgiftung des Bluts, eine extrakorporale Sauerstoffanreicherung des Bluts für eine Ischämiebehandlung oder Krebsbehandlung oder deren Unterstützung oder eine extrakorporalen Membranoxygenierung sein.

Bei einer extrakorporalen Kohlenmonoxid-Entgiftung des Bluts als eine Ausführungsform der obigen Verwendung ist ein Patient mit Kohlenmonoxid-Vergiftung über jeweils einen Katheter oder Doppellumenkatheter mit der Einlass- und Auslassseite der Vorrichtung verbunden. Das Blut des Patienten strömt durch die Einlassseite in die Vorrichtung ein und durch einen Schlauchabschnitt und wird von der Druckerhöhungseinheit in einen Hochdruckbereich gefördert und strömt dann durch eine Gaszuführeinheit (als Entgifter des Bluts) und anschließend durch eine Gasabführeinheit (als Entgaser des Bluts) und wird von der Druckreduzierungseinheit aus dem Hochdruckbereich raus gefördert. Das Blut kann dabei anschließend auch noch durch eine Compliance und durch einen Filter abschließend über die Auslassseite wieder ins Gefäßsystem des Patienten zurück gefördert werden. Die Gaszuführeinheit und die Gasabführeinheit beinhalten beispielsweise fluiddichte und gasdurchlässige Hohlfasermembranen. In der Gaszuführeinheit wird beispielsweise Sauerstoff zugeführt, auf der Gasseite der Membranen vorbeigeführt, wobei dem Blut Sauerstoff unter Druck zugeführt wird und Kohlenmonoxid dem Blut entzogen wird, und anschließend über einen Gasdruckminderer wieder abgeführt wird und das bei einem Gasdruck in der Gaszuführeinheit, der beispielsweise knapp unter 3 bar liegt. In der Gasabführeinheit wird an einer Seite der Gasseite der Membranen mit einer Vakuumpumpe gesaugt und die andere Seite der Membranen ist leicht zur Umgebung geöffnet, sodass etwas Luft aus der Umgebung angesaugt wird und die Luft auf der Gasseite der Membranen vorbeigeführt wird, das alles bei einem Gasdruck etwas unter Umgebungsdruck, sodass der zuvor eingebrachte Sauerstoff in gelöster Form im Blut, das weiterhin unter erhöhtem Druck steht, wieder reduziert wird. Alternativ kann auch keine Vakuumpumpe an der Gasseite der Gasabführeinheit angebracht sein und die Gasseite bleibt offen zur Umgebung. Abhängig von der verwendeten Oberfläche der Membranen kann diese Konfiguration auch zur Reduktion des gelösten Sauerstoffs ausreichen.

Dadurch, dass in der Gaszuführeinheit der Blutdruck über dem Umgebungsdruck ist und der Gasdruck nur geringfügig unter dem Blutdruck ist, kann dem Blut für eine extrakorporale Sauerstoffanreicherung eine sehr hohe Menge an gelöstem Sauerstoff zugeführt werden. Das Blut mit einem sehr hohen Anteil an gelösten Sauerstoff wird anschließend nach Passieren der Auslassseite der Vorrichtung über einen Rückgabekatheter in das venöse oder arterielle System des Patienten zurückgegeben (perfundiert). Der Rückgabekatheter kann in größeren Gefäßen liegen, sodass eine systemische Perfusion des Blutes stattfindet oder in kleineren Gefäßen liegen, sodass eine lokale Perfusion des Blutes stattfindet. So können ischämische Bereiche in Organen wie zum Beispiel dem Herz mit Sauerstoff versorgt werden.

Ein ähnliches Verfahren wie das zur Behandlung ischämischer Bereiche kann mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung in einer anderen Ausführungsform der obigen Verwendung dazu genutzt werden, das hypoxische Milieu in einem soliden Tumor mit Sauerstoff zu versorgen, so dass das tumoröse Gewebe eine höhere Konzentration an Sauerstoff aufweist. Hypoxisches, tumoröses Gewebe ist weniger sensitiv für Strahlentherapie, Chemotherapie und Immuntherapie und ein Aufoxygenieren dieses Gewebes erhöht die Sensitivität von tumorösem Gewebe für die genannten Therapieformen. Außerdem sind körpereigene Abwehrsysteme, z.B. T-Zellen, aktiver. Mit dem lokalen Einbringen von Blut mit hohem Anteil an gelöstem Sauerstoff kann eine Unterstützung der Effizienz der genannten Therapieformen erreicht werden öder es kann die Intensivität der Bestrahlung, des Chemotherapeutikums oder des Immuntherapeutikums reduziert werden, bei immer noch guter Wirksamkeit. Das Einbringen einer erhöhten Sauerstoffmenge in einem Tumor kann außerdem für die Krebsbehandlung unabhängig von einer Bestrahlung oder anderer Behandlungstechniken selbst förderlich sein.

Ein ähnliches Verfahren wie das zur Behandlung ischämischer Bereiche kann mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung in einer weiteren Ausführungsform der obigen Verwendung bei der extrakorporalen Membranoxygenierung dazu genutzt werden, sogar mit verhältnismäßig geringer Membranfläche einen Blutfluss im Niedrigflussbereich (ca. bis 500 ml/min - MiniECMO) mit viel Sauerstoff zu versorgen, sodass das Blut die Gaszuführeinheit vollständig sauerstoffgesättigt und zusätzlich mit einem sehr hohen Partialdruck an Sauerstoff verlässt und somit dieser Blutfluss mit viel Sauerstoff zur Notfallversorgung eines Patienten mit Sauerstoffmangel beitragen kann, sodass in einem sehr schlechten Zustand des Patienten mit kritischer Sauerstoffunterversorgung z.B. noch auf invasive Beatmung oder eine extrakorporale Membranoxygenierung (ECMO) mit Blutflüssen über 500 ml/min verzichtet werden kann. Natürlich kann die Vorrichtung auch mit höheren Durchflussmengen an Blut betrieben werden („normale“ ECMO). Zu diesen Zwecken kann die Vorrichtung so ausgestaltet sein, dass das Blut über die Einlasskanüle aus dem Gefäßsystem des Patienten durch die Einlassseite in die Vorrichtung einströmt und von der Druckerhöhungseinheit in einen Hochdruckbereich gefördert wird, in dem es eine Gaszuführeinheit durchströmt und anschließend von der Druckreduzierungseinheit aus dem Hochdruckbereich rausgefördert wird, um dann nach Verlassen der Vorrichtung über die Auslassseite über eine Kanüle wieder in das Gefäßsystem des Patienten zurückgeführt zu werden. Mit dem Hochdruckbereich, der beispielsweise durch zwei Rollerpumpen begrenzt wird, können besonders hohe Drucke im Blut hergestellt werden und somit in der Gaszuführeinheit besonders viel Sauerstoff bei verhältnismäßig kleiner Membranfläche in das Blut eingebracht werden. Des Weiteren kann außerdem eine Gasabführeinheit in der Vorrichtung enthalten sein, die auch mit der Gaszuführeinheit in einem Bauteil integriert sein kann. Die Gasabführeinheit kann insbesondere für die Elimination von Kohlenstoffdioxid optimiert sein, z. B. durch kurze aktive Hohlfasermembranlängen, die fortwährend für geringe Kohlenstoffdioxidkonzentrationen auf der Gasseite sorgen. Die Position der Gasabführeinheit im Hochdruckbereich ist vorteilhaft, da so die Kohlenstoffdioxidelimination durch den erhöhten Druck unterstützt wird. In einer vorteilhaften Ausführungsform der Vorrichtung liegt an der Gasseite der Gasabführeinheit ein Unterdrück an, ein Normal- oder Überdruck ist aber auch möglich.

In einer Ausführungsform wird bei der extrakorporalen Membranoxygenierung die Vorrichtung mit einem Blutfluss durch die Vorrichtung von weniger als 7 l/min, vorzugsweise weniger als 4 l/min, besonders bevorzugt weniger als 2 l/min, noch mehr bevorzugt weniger als 1 l/min, betrieben.

Neben den voranstehend genannten Verwendungen kann die Vorrichtung auch für eine Organkonservierung beziehungsweise einen Organtransport verwendet werden.

Nach einem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung löst die gestellte Aufgabe ein Verfahren zum Betreiben einer vorstehend beschriebenen Vorrichtung zur Anreicherung von Fluiden mit einem Anreicherungsgas in einem Hochruckbereich innerhalb der Vorrichtung im Durchfluss durch die Vorrichtung, wobei sich der Hochdruckbereich zwischen einer Einlassseite und einer Auslassseite mit vordefinierter Länge in Durchflussrichtung des Fluids erstreckt, umfassend nachfolgende Schritte:

Einleiten von Fluid in die Vorrichtung an der Einlassseite, vorzugsweise unter Umgebungsdruck;

Erhöhen eines Drucks des Fluids relativ zum Umgebungsdruck auf einen erhöhten Druck mit einer Druckerhöhungseinheit, vorzugsweise eine erste Peristaltikpumpe, am Beginn des Hochdruckbereichs;

Zuführen des Anreicherungsgases unter erhöhtem Druck relativ zum Umgebungsdruck zu dem bereits unter erhöhten Druck stehenden Fluid mit einer Gaszuführeinheit im Hochdruckbereich, um das Fluid mit Anreicherungsgas anzureichern;

Entspannen des Fluids zumindest auf einen Nutzdruck, vorzugsweise der Umgebungsdruck, mit einer Druckreduzierungseinheit, vorzugsweise eine zweite Peristaltikpumpe, und

Vorzugsweise Fördern des mit Anreicherungsgas angereicherten Fluids aus der Vorrichtung heraus mit der zweiten Peristaltikpumpe.

In einer Ausführungsform umfasst das Verfahren den weiteren Schritt des Abführens von abzureicherndem Gas aus dem Fluid mit einer Gasabführeinheit angeordnet im Hochdruckbereich in Durchflussrichtung hinter der Gaszuführeinheit.

In einer Ausführungsform des Verfahrens erfolgt das Abführen vom abzureichernden Gas aus dem Fluid, vorzugsweise mit der Gasabführeinheit, nicht vollständig, damit eine gewollte Menge an Gasblasen nach dem Entspannen des Fluids im Fluid Zurückbleiben, um diese Blasen in nachgeschalteten bildgebenden Verfahren im Fluid für nachfolgende Untersuchungen einer Fluiddynamik sichtbar machen zu können.

Insbesondere bei Blut als Fluid könnten die Gasblasen zum Ersatz von Kontrastmitteln verwendet werden, die nach jetziger Praxis in die Blutbahn eines Patienten gegeben werden, um unter anderem anhand der zeitlichen Verteilung der Kontrastmittel im Blutkreislauf beobachtet über bildgebende Verfahren (beispielsweise Roentgen, MRT, CT) die Fluiddynamik zu beobachten. Damit können beispielsweise Durchblutungsstörungen oder Gefäßverschlüsse detektiert werden. Dies wäre mit der Detektion der gewollten Blasen ebenso möglich. Hierbei kann mittels der Vorrichtung die Größe der Blasen eingestellt werden. Vorzugsweise haben die Blasen für diesen Zweck einen sehr kleinen Durchmesser und stellen daher Mikroblasen im Blut dar, die keine Schädigung des Patienten verursachen, wohl aber im Blut durch bildgebende Verfahren beobachtete werden können. Sofern für das Abführen des abzureichernden Gases keine Gasabführeinheit vorgesehen ist, würde man das Fluid gegenüber Umgebungsdruck so weit übersättigen, dass das Anreicherungsgas bei der Druckreduktion oder später im Patienten ausgast, durch das Einstellen eines entsprechenden Anreicherungsgasdrucks. So spart man sich den dann unnötigen Schritt des Gasabführens.

In einer Ausführungsform des Verfahrens wird das Fluid zur Anreicherung mit dem Anreicherungsgas mehrfach durch die Vorrichtung gefördert. Hierzu kann das Fluid beispielsweise vor der Druckreduzierungseinheit über eine Rückstrecke wieder in den Hochdruckbereich zwischen Druckerhöhungseinheit und Gaszuführeinheit geleitet werden. Alternativ könnte das Fluid auch durch eine Rückleitung vor der Auslassseite zu einem Punkt zwischen Einlassseite und Druckerhöhungseinheit geleitete werden.

In einer Ausführungsform des Verfahrens geht dem Schritt des Einleitens des Fluids ein Vorfüllen der Vorrichtung mit einem Priming-Fluid und dessen Förderung durch die Vorrichtung voran, um mit dem Priming-Fluid bereits vor der Zuführung des Fluids und des Anreicherungsgases Gase aus der Vorrichtung zu eliminieren, vorzugsweise wird als Priming- Fluid eine Kochsalzlösung verwendet.

Durch die Vorfüllung der Vorrichtung mit einem Priming-Fluid kann erreicht werden, dass später in der Vorrichtung für das anzureichernde Fluid keine Blasen in mikroskopischer oder makroskopischer Form mehr vorliegen oder deren Anzahl zumindest unkritisch gering ist. Dazu wird das Priming-Fluid zur Vorfüllung der Vorrichtung zumindest durch den Hochdruckbereich gefördert, um im Priming-Fluid vorliegende oder gelöste Gase dort zu eliminieren. Die Vorrichtung kann dazu eine oder mehrere Schnittstellen nach außen zu einem Priming-Fluidreservoir haben und das Priming-Fluid kann einmalig oder mehrmalig zumindest durch einen Hochdruckbereich gefördert werden. Bei der Gaszuführeinheit oder zusätzlich einer Gasabführeinheit kann die Vorrichtung vorgefüllt werden, indem ein niedrigerer Druck auf der Gasseite angelegt wird, als es der Normaldruck ist. Wenn die eine oder mehrere Schnittstellen der Vorrichtung nach außen mit einem Priming-Fluidreservoir verbunden sind, kann das Priming-Fluid in die Vorrichtung gesaugt werden. Die fluidführende Vorrichtung kann dabei so vorliegen, dass dabei entweder am Einlass des Hochdruckbereiches durch eine Komponente ein Schlauchabschnitt abgequetscht ist oder am Auslass des Hochdruckbereiches durch eine Komponente ein Schlauchabschnitt abgequetscht ist oder am Einlass und am Auslass des Hochdruckbereiches keine Abquetschung der Schlauchabschnitte vorliegt. Das Vorfüllen der Vorrichtung mit einem Priming-Fluid kann sowohl schon innerhalb der Herstellung der Vorrichtung als auch bei der Anwendung der Vorrichtung durch einen Anwender erfolgen. Hierbei kann das Priming-Fluid einmalig oder mehrmalig durch mindestens einen Hochdruckbereich gefördert werden oder es gibt eine Schnittstelle nach Außen, an deren Stelle Priming-Fluid zugeführt und/oder entnommen werden kann. Diese Schnittstelle kann sowohl an einer Öffnung der Vorrichtung vorliegen oder an zwei oder mehr Öffnungen. Wenn z.B. zwei Öffnungen als Schnittstellen von der Vorrichtung zur Umgebung vorliegen, kann Priming-Fluid an einer Öffnung zugeführt werden und an der anderen Öffnung abgeführt werden. Diese Schnittstelle kann so gestaltet sein, dass z.B. die beiden Öffnungen nah beisammen liegen oder in einem Bauteil kombiniert sind und physikalisch verbunden sind, wie z.B. ein Doppellumenschlauch oder ein Doppellumenkatheter, oder dass diese Schnittstellen nicht in einem Bauteil integriert sind und nicht physikalisch miteinander verbunden sind, wie z.B. zwei Schlauchöffnungen oder zwei Katheter. Eine andere Lösung zur Elimination von Gasen sieht vor, dass das Priming-Fluid durch einen Niederdruckbereich gefördert wird, in dem so absichtlich ein Ausgasen erzeugt wird. Die nun blasenförmig vorliegende Gasmenge kann dann eliminiert werden, z. B. in einem Filter oder einer Blasenfalle. Am Auslass des Niederdruckbereiches liegt dann das Priming- Fluid mit reduzierter Gasbeladung vor.

Nach einem vierten Aspekt der Erfindung löst die gestellte Aufgabe ein Anreicherungsgerät, insbesondere in Gestalt einer Vorrichtung wie vorstehend beschrieben, aufweisend einen Hochdruckbereich, welcher dazu eingerichtet ist, ein designiertes Fluid mit einem designierten Anreicherungsgas im Hochruckbereich innerhalb des Anreicherungsgeräts im Durchfluss durch das Anreicherungsgerät anzureichern, wobei das Anreicherungsgerät eine Einlassseite und eine Auslassseite aufweist und wobei das Anreicherungsgerät eine designierte Durchflussrichtung für das designierte Fluid aufweist, welche sich von der Einlassseite zur Auslassseite hin erstreckt, wobei sich der Hochdruckbereich zwischen der Einlassseite und der Auslassseite befindet, wobei der Hochdruckbereich einen Beginn und ein Ende aufweist, wobei der Beginn der Einlassseite zugewandt ist und das Ende der Auslassseite zugewandt ist, wobei der Hochdruckbereich eine Druckerhöhungseinheit, insbesondere eine Druckerhöhungspumpe, vorzugsweise eine erste Peristaltikpumpe, am Beginn des Hochdruckbereichs aufweist, und eine Gaszuführeinheit im Hochdruckbereich aufweist, wobei die Gaszuführeinheit eine für das Anreicherungsgas geeignete Zuführkavität aufweist, welche zur Zuführung des Anreicherungsgases unter Druck eingerichtet ist, somit im Betrieb in das bereits unter erhöhtem Druck stehende Fluid, wobei die Gaszuführeinheit einen Strömungswiderstandsgeber aufweist, insbesondere ein Ventil, wobei sich der Strömungswiderstandsgeber auf der Auslassseite der Gaszuführeinheit befindet, insbesondere auf der Auslassseite der Gaszuführkavität, wobei der Strömungswiderstandsgeber, insbesondere das Ventil, eine Einstellmöglichkeit für einen Strömungswiderstand aufweisen kann, und eine Druckreduzierungseinheit, vorzugsweise eine zweite Peristaltikpumpe, am Ende des Hochdruckbereichs aufweist, wobei die Druckreduzierungseinheit als zusätzlicher Flusswiderstand und zur Entspannung des Fluids und vorzugsweise zur Förderung des Fluids aus dem Anreicherungsgerät hinaus ausgebildet ist, aufweist.

Die voranstehend aufgelisteten Ausführungsformen können einzeln oder in beliebiger Kombination abweichend von den Rückbezügen in den Ansprüchen zueinander zur Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtungen oder Verfahren verwendet werden.

Diese und andere Aspekte der Erfindung werden im Detail in den Abbildungen wie folgt gezeigt. Fig.1 : eine schematische Darstellung einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung;

Fig.2: eine schematische Darstellung einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Peristaltikpumpe als (a) erste Peristaltikpumpe in Draufsicht, (b) erste Peristaltikpumpe gemäß Fig.2a in Seitenansicht; (c) erste Peristaltikpumpe in Seitenansicht mit doppelt umlaufendem Schlauchabschnitt, und (b) erste und zweite Peristaltikpumpen als gemeinsame Pumpe in Seitenansicht;

Fig.3: eine schematische Darstellung einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Gaszuführeinheit;

Fig.4: eine schematische Darstellung einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Gasabführeinheit;

Fig.5: eine schematische Darstellung einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens; und

Fig.6: Ergebnisse aus Laborversuchen zur Sauerstofftransferrate mit und ohne Hochdruckbereich bei verschiedenen Fluidflüssen.

Fig.1 zeigt eine schematische Darstellung einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 zur Anreicherung von Fluiden F mit einem Anreicherungsgas in einem Hochruckbereich 2 innerhalb der Vorrichtung 1 im Durchfluss durch die Vorrichtung 1. Im Hochdruckbereich 2 besitzt das Fluid F einen erhöhten Druck HD1 in Form eines Überdrucks gegenüber dem Umgebungsdruck UD von 2 bar bis 4 bar, vorzugsweise 2,5 bar bis 3,5 bar, besonders bevorzugt im Wesentlichen 3,0 bar. Hierbei erstreckt sich der Hochdruckbereich 2 zwischen einer Einlassseite 11 und einer Auslassseite 12 mit vordefinierter Länge in Durchflussrichtung D des Fluids von einer Druckerhöhungseinheit 3 bis zu einer Druckreduzierungseinheit 5 (siehe den mit gestrichelten Linien begrenzten Bereich 2), wobei druckdichte Schläuche oder Rohre die Komponenten des Hochdruckbereichs 2 miteinander verbinden. Die Druckerhöhungseinheit 3 am Beginn 21 des Hochdruckbereichs 2 ist zur Erhöhung eines Drucks des Fluids F relativ zum Umgebungsdruck UD vorgesehen und ist hier als erste Peristaltikpumpe ausgeführt. Des Weiteren ist im Hochdruckbereich 2 eine Gaszuführeinheit 4 zur Zuführung des Anreicherungsgases AG unter erhöhtem Druck HD2 relativ zum Umgebungsdruck UD zu dem bereits unter erhöhten Druck HD1 stehenden Fluid angeordnet. Die Gaszuführeinheit ist hier so ausgestaltet, dass bei einem schwankenden erhöhten Druck HD1 des Fluids F der erhöhte Druck HD1 des Anreicherungsgases AG dem schwankenden erhöhten Druck HD1 des Fluids F entsprechend folgt. Außerdem ist im Hochdruckbereich 2 des Weiteren eine Gasabführeinheit 7 zur Abführung von abzureicherndem Gas G aus dem Fluid F heraus angeordnet in Durchflussrichtung D hinter der Gaszuführeinheit 4. Dazu wird die Gasabführeinheit 7 mit einem Spülgas SG durchströmt, das die aus dem Fluid zur Gasseite übergetretenen Gasbestandteile mitnimmt und aus der Gasabführeinheit 7 entfernt. Die Gasabführeinheit 7 umfasst hier des Weiteren eine Vakuumpumpeneinheit 72 zum aktiven Absaugen des aus dem Fluid F der Gaszuführeinheit 4 gelangten abzureichernden Gases G. Hierbei ist angegeben, dass der Druck im Hochdruckbereich 2 von der Druckerhöhungseinheit 3 bis zur Druckreduzierungseinheit 5 dem Druck HD1 erzeugt mit der Druckerhöhungseinheit 3 entspricht. Dies setzt voraus, dass es keine Druckverluste im Hochdruckbereich 2 gibt. Dies ist nur idealerweise der Fall. Beispielsweise kann es nach der Gaszuführeinheit 4 und/oder nach der Gasabführeinheit 7 zu einem leichten prozessbedingten Druckverlust kommen. Diese Druckverluste sind aber gering gegenüber der erzielten Druckerhöhung durch die Druckerhöhungseinheit 3 und werden daher nicht explizit in den Zeichnungen berücksichtigt, sodass die Druckangabe HD1 für den Idealfall der Vorrichtung 1 ohne Druckverluste in Hochdruckbereich 2 dargestellt ist. Das Gleiche gilt auch für die Fig. 3 - 5. Die Druckreduzierungseinheit 5 am Ende 22 des Hochdruckbereichs 2 ist zur Entspannung des Fluids F zumindest auf einen Nutzdruck ND vorgesehen und hier als zweite Peristaltikpumpe ausgeführt. Die zweite Peristaltikpumpe 5 kann hier mit einer niedrigeren Drehzahl als die erste Peristaltikpumpe 3 oder gegen die Durchflussrichtung D betrieben werden, um eine Druckreduzierung zu erreichen, wobei dann die Pumpwirkung so bemessen ist, dass Fluid in Durchflussrichtung durch die Peristaltikpumpe 5 gelangen kann. Dazu wird die zweite Peristaltikpumpe 5 bei lediglich teilweiser Okklusion betrieben. Die Druckreduzierungseinheit 5 kann zusätzlich die Förderung des Fluids F aus der Vorrichtung 1 bewirken. Der Schlauchabschnitt 6 in den ersten und zweiten Peristaltikpumpen 3, 5 wird in der Fig.2 noch näher erläutert. Alternativ zur Vakuumpumpeneinheit 72 kann in die erste oder zweite Peristaltikpumpe 3 oder 5 ein weiterer Schlauchabschnitt 51 (gestrichelt dargestellt) eingelegt werden, der mit einem Gasauslass der Gasabführeinheit 7 verbunden ist. Die Pumpwirkung der ersten oder zweiten Peristaltikpumpe 3 oder 5 erzeugt anstelle der Vakuumpumpeneinheit 72 einen Unterdrück oder ein Vakuum am Gasauslass der Gasabführeinheit 7 zum gleichen Zweck wie die Vakuumpumpeneinheit 72. Zwischen der zweiten Peristaltikpumpe 5 und der Auslassseite 12 sind hier eine Filtereinheit 91 zur Entfernung unerwünschter Bestandteile des Fluids und ein elastisches Element 92 in Reihe angeordnet. Das Reduktion des Pulses der zweiten Peristaltikpumpe 5 kann aber auch anders als durch das elastische Element 92 ausgeführt sein oder weggelassen werden. Der erhöhte Druck HD2 des Anreicherungsgases AG ist dabei zwar höher als der Umgebungsdruck UD, aber kleiner als der erhöhte Druck HD1 des Fluids F. In dieser Ausführungsform sind Gaszuführungseinheit 4 und Gasabführeinheit 7 in einem gemeinsamen Bauteil 8 integriert, wobei das gemeinsame Bauteil anders ausgeführt sein kann als hier gezeigt. Die Druckerhöhungseinheit 3 und/oder die Druckreduziereinheit 5 können mehrstufig ausgestaltet sein, um den gewünschten erhöhten Druck HD1 des Fluids F in mehreren Schritten ausgehend vom Druck des Fluids F an der Einlassseite 11 zu erreichen bzw. zumindest auf den Nutzdruck ND an der Auslassseite 12 zu verringern. Das Fluid F kann dabei eine physiologische Flüssigkeit, vorzugsweise Blut, sein. Das Anreicherungsgas AG kann zumindest zum überwiegenden Teil Sauerstoff umfassen, vorzugsweise besitzt das Anreicherungsgas AG Sauerstoffanteile von mehr als 80%, besonders bevorzugt mehr als 90%, noch mehr bevorzugt mehr als 95% besitzt oder reiner Sauerstoff ist. Die Vorrichtung umfasst außerdem eine Steuereinheit 93, die mit der Druckerhöhungseinheit 3 und der Druckreduzierungseinheit 5 zur Steuerung des erhöhten Drucks im Hochdruckbereich 2 mittels geeigneter Datenverbindungen verbunden ist, und entsprechend auch mit der Gaszuführeinheit 4 zur Steuerung einer Zufuhr des Anreicherungsgases AG und/oder mit der Gasabführeinheit 7 zur Steuerung der Abfuhr des abzureichernde Gases G und/oder zur Steuerung des Gasdrucks in Abhängigkeit vom Fluiddruck verbunden. Aus Übersichtsgründen sind die Daten- bzw. Steuerleitung zu den einzelnen Komponenten nicht explizit gezeigt. Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann im Falle von Blut als Fluid F und Sauerstoff als Anreicherungsgas AG zur extrakorporalen Blutbehandlung BB verwendet werden. Solche extrakorporalen Blutbehandlungen sind beispielsweise eine extrakorporale Kohlenmonoxid-Entgiftung des Bluts, eine extrakorporale Sauerstoffanreicherung des Bluts für eine Ischämiebehandlung oder Krebsbehandlung oder deren Unterstützung oder eine extrakorporalen Membranoxygenierung. Bei der extrakorporalen Membranoxygenierung BB kann die Vorrichtung 1 mit einem Blutfluss durch die Vorrichtung 1 von weniger als 7 l/min, vorzugsweise weniger als 4 l/min, besonders bevorzugt weniger als 2 l/min, noch mehr bevorzugt weniger als 1 l/min, betrieben werden.

Fig.2 zeigt eine schematische Darstellung einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Peristaltikpumpe 3, 5 als a erste Peristaltikpumpe 3 in Draufsicht, b erste Peristaltikpumpe 3 gemäß Fig.2a in Seitenansicht; c erste Peristaltikpumpe 3 in Seitenansicht mit doppelt umlaufendem Schlauchabschnitt, und d erste und zweite Peristaltikpumpen 3, 5 als gemeinsame Pumpe in Seitenansicht. Die erste und zweite Peristaltikpumpe 3, 5 besitzen jeweils einen Schlauchabschnitt 6, 6a, 6b, in dem sich sein Innendurchmesser in Durchflussrichtung des Schlauchabschnitts 6, 6a, 6b verjüngt erste Peristaltikpumpe bzw. vergrößert zweite Peristaltikpumpe, Dabei kann sich der Innendurchmesser nicht symmetrisch verjüngen oder vergrößern. Auch kann dessen Elastizität über den Schlauchabschnitt 6 so variieren, dass eine Aufweitung bestimmter Teilabschnitte verhindert oder zumindest verringert werden kann. Die ersten und/oder zweiten Peristaltikpumpe 3, 5 sind ausgeführt als Rollerpumpe, wobei die Rollen 61 , deren Ablaufflächen und/oder Dimensionen eines Pumpenkopfes 62 zur Druckerhöhung geeignet unterschiedlich ausgestaltet sein können. In der ersten und/oder zweiten Peristaltikpumpe 3, 5 kann der Schlauchabschnitt 6 mehr als einmal in gleicher Richtung durch die erste und/oder zweite Peristaltikpumpe 3, 5 gelegt sein, siehe Fig.2c am Beispiel der ersten Peristaltikpumpe 3. Um eine möglichst geringe mechanische Belastung auf das Fluid auszuüben, wird hier die erste Peristaltikpumpe 3 mit vollständiger Okklusion bei Betriebsdruck betrieben, siehe Fig2a, wo kein Spalt zwischen Rollen 61 und Wandung des Schlauchabschnitts 6 insbesondere bei den vorherrschenden Druckverhältnissen existiert. In Fig.2d sind erste und zweite Peristaltikpumpen 3, 5 als gemeinsame Pumpe 3, 5 mit einem gemeinsamen pumpenden Quetschmechanismus (Rollen 61) ausgeführt, wobei die erste Peristaltikpumpe 3 durch einem ersten Schlauchabschnitt 6a eingelegt in den Quetschmechanismus (Rollen 61) und die zweite Peristaltikpumpe 5 durch einem zweiten Schlauchabschnitt 6b eingelegt entlang des ersten Schlauchabschnitts 6a in denselben Quetschmechanismus (Rollen 61) gebildet werden. Hierbei verjüngt sich der Schlauchabschnitt 6a der ersten Peristaltikpumpe 3 (rechte Seite) von der Seite mit niedrigem Druck zum Hochdruckbereich 2. Bei der zweiten Peristaltikpumpe 5 (linke Seite) verjüngt sich der Schlauchabschnitt 6b ebenfalls von der Seite mit niedrigem Druck zum Hochdruckbereich 2, nur ist hier die Durchflussrichtung D vom Hochdruckbereich 2 zum Bereich mit niedrigerem Druck, sodass der erste Schlauchabschnitt 6a und der zweite Schlauchabschnitt 6b von derselben Seite in die gemeinsame Pumpe 3, 5 eingelegt sind, da die zweite Peristaltikpumpe 5 in Durchflussrichtung pumpen soll. Die Verjüngungen sind angedeutet durch die größeren / kleineren Schlauchdurchmesser dargestellt als unterschiedlich großen Schlauchüberstände oben und unten über die Rollenpumpe hinweg. Sofern die zweite Peristaltikpumpen gegen die Durchflussrichtung pumpen soll, müsste der erste Schlauchabschnitt 6a und der zweite Schlauchabschnitt 6b von der entgegengesetzten Seite in die gemeinsame Pumpe eingelegt werden und die Rollen 61 so ausgestaltet sein, dass eine nicht vollständige Okklusion vorliegt, z.B. durch eine Stufe im Durchmesser der Rolle 61.

Fig.3 zeigt eine schematische Darstellung einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Gaszuführeinheit 4, die hier als Membrankontaktor-Zuführeinheit ausgeführt ist. Die Membrankontaktor-Zuführeinheit 4 umfasst eine Mehrzahl an fluiddichten, aber gasdurchlässigen Membranen 41 , wobei die Membranen 41 das Fluid F und das Anreicherungsgas AG so trennen, dass das Anreicherungsgas AG über die Membranen 41 in das Fluid F gelangen kann. Hierzu wird ein erster Materialstrom M1 aus Fluid F durch die Membrankontaktor-Zuführeinheit 4 geleitet, die Membranen 41 sind in dem ersten Materialstrom M1 in der Membrankontaktor-Zuführeinheit 4 angeordnet, und ein zweiter Materialstrom M2 aus Anreicherungsgas AG wird durch die Membranen 41 separat vom ersten Materialstrom M1 geleitet. Die Membranen 41 können Hohlfasermembranen oder Flachmembranen sein.

Fig.4 zeigt eine schematische Darstellung einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Gasabführeinheit 7 ausgeführt als Membrankontaktor-Abführeinheit. Das mit Anreicherungsgas AG angereicherte Fluid F wird als ein dritter Materialstrom M3 durch die Membrankontaktor-Abführeinheit 7 geleitet und eine Mehrzahl an fluiddichten, aber gasdurchlässigen Membranen 71 sind in dem dritten Materialstrom M3 angeordnet, damit das abzureichernde Gas G aus dem Fluid F durch die Membranen 71 gelangen und aus der Membrankontaktor-Abführeinheit 7 abgeführt werden kann. Um die Entgasung des Fluids F zu beschleunigen, ist eine Vakuumpumpeneinheit 72 an die Membranen 71 zum Absaugen des aus dem Fluid F durch die Membranen 71 gelangten abzureichernden Gases G angeschlossen. Dabei kann bei geeigneter Gestaltung der Membranen 71 und/oder der Anordnung der Membranen und/oder durch geeignete Fluidführung und/oder durch geeignete Geometrie/Abmaße der Einheit die Gasabführeinheit 7 auch als Druckreduzierungseinheit 5 als Ersatz für die in Fig.1 gezeigte zweite Peristaltikpumpe 5 fungieren. Die Membranen 71 können Hohlfasermembranen oder Flachmembranen sein. Bei einer Außenumströmung können die Membranen 71 für eine Druckreduzierung eng gepackt sein.

Fig.5 zeigt eine schematische Darstellung einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens 100 zum Betreiben einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 zur Anreicherung von Fluiden F mit einem Anreicherungsgas AG in einem Hochruckbereich 2 innerhalb der Vorrichtung 1 im Durchfluss durch die Vorrichtung 1 , wobei sich der Hochdruckbereich 2 zwischen einer Einlassseite 11 und einer Auslassseite 12 mit vordefinierter Länge in Durchflussrichtung D des Fluids F erstreckt, umfassend nachfolgende Schritte des Einleitens 110 von Fluid F in die Vorrichtung 1 an der Einlassseite 11 , vorzugsweise unter Umgebungsdruck UD; des Erhöhens 120 eines Drucks des Fluids F relativ zum Umgebungsdruck UD auf einen erhöhten Druck HD1 mit einer Druckerhöhungseinheit 3, vorzugsweise eine erste Peristaltikpumpe, am Beginn 21 des Hochdruckbereichs 2; des Zuführens 130 des Anreicherungsgases AG unter erhöhtem Druck HD2 relativ zum Umgebungsdruck UD zu dem bereits unter erhöhten Druck HD2 stehenden Fluid F mit einer Gaszuführeinheit 4 im Hochdruckbereich 2, um das Fluid F mit Anreicherungsgas AG anzureichern; des Entspannens 140 des Fluids F zumindest auf einen Nutzdruck ND, vorzugsweise der Umgebungsdruck D, mit einer Druckreduzierungseinheit 5, vorzugsweise eine zweite Peristaltikpumpe und vorzugsweise des Förderns 150 des mit Anreicherungsgas AG angereicherten Fluids F aus der Vorrichtung 1 heraus mit der zweiten Peristaltikpumpe 5. Hierbei kann auch der weitere Schritt des Abführens 160 von abzureicherndem Gas G aus dem Fluid F mit einer Gasabführeinheit 7 angeordnet im Hochdruckbereich 2 in Durchflussrichtung D hinter der Gaszuführeinheit 4 durchgeführt werden. Das Abführen 160 vom abzureichernden Gas G aus dem Fluid F mit der Gasabführeinheit 7 kann dabei nicht vollständig erfolgt, damit eine gewollte Menge an Gasblasen nach dem Entspannen 140 des Fluids F im Fluid F Zurückbleiben, um diese Blasen in nachgeschalteten bildgebenden Verfahren, beispielsweise im Patienten, für nachfolgende Untersuchungen einer Fluiddynamik, Gefäßanatomie etc. sichtbar machen zu können. In einer Ausführungsform kann das Fluid F zur Anreicherung mit dem Anreicherungsgas AG mehrfach durch die Vorrichtung 1 bzw. lediglich durch den Hochdruckbereich 2 gefördert werden 170. In einer weiteren Ausführungsform geht dem Einleiten 120 des Fluids ein Vorfüllen 180 der Vorrichtung 1 mit einem Priming-Fluid PF und dessen Förderung durch die Vorrichtung 1 voran, um mit dem Priming-Fluid PF bereits vor der Zuführung des Fluids F und des Anreicherungsgases AG Gase G aus der Vorrichtung 1 zu eliminieren, vorzugsweise wird als Priming-Fluid PF eine Kochsalzlösung verwendet. Das Priming-Fluid PF wird dabei durch die gesamte Vorrichtung 1 , meistens auch im Kreislauf mehrfach, geleitet (nicht explizit hier gezeigt).

Fig.6 zeigt exemplarisch Ergebnisse aus Laborversuchen zur Sauerstofftransferrate angegeben in Milliliter pro Minute (ml/min) mit Vorrichtungen mit und ohne Hochdruckbereich bei verschiedenen Fluidflüssen angegeben in Liter pro Minute (L/min). Bei einem Fluidfluss von 0,25 l/min übersteigt die Sauerstofftransferrate in der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit Hochdruckbereich bereits der Sauerstofftransferrate in einer Vorrichtung ohne solchen Hochdruckbereich. Wird der Fluidfluss auf 1 ,00 L/min erhöht, so erhöht sich die Sauerstofftransferrate für beide Vorrichtungen mit und ohne Hochdruckbereich, wobei der Unterschied in der Sauerstofftransferrate stark zugunsten der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit Hochdruckbereich ansteigt. Dieser Effekt erhöht sich weiter deutlich, wenn der Fluidfluss auf 2,00 L/min gesteigert wird. Bei diesem Fluidfluss ist die Sauerstofftransferrate in der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit Hochdruckbereich fast doppelt so hoch wie in einer Vorrichtung gemäß dem Stand der Technik. Mit dem Hochdruckbereich, der beispielsweise durch zwei Rollerpumpen begrenzt wird, können besonders hohe Drücke im Blut hergestellt werden und somit in der Gaszuführeinheit besonders viel Sauerstoff bei verhältnismäßig kleiner Membranfläche in das Blut eingebracht werden. An dieser Stelle sei explizit darauf hingewiesen, dass Merkmale der vorstehend bzw. in den Ansprüchen und/oder Figuren beschriebenen Lösungen gegebenenfalls auch kombiniert werden können, um auch erläuterte Merkmale, Effekte und Vorteile entsprechend kumuliert umsetzen bzw. erzielen zu können.

Es versteht sich, dass es sich bei dem vorstehend erläuterten Ausführungsbeispiel lediglich um eine erste Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung handelt. Insofern beschränkt sich die Ausgestaltung der Erfindung nicht auf diese Ausführungsbeispiele.

Bezugszeichenliste

1 Vorrichtung

11 Einlassseite der Vorrichtung

12 Auslassseite der Vorrichtung

2 Hochdruckbereich

21 Beginn des Hochdruckbereichs

22 Ende des Hochdruckbereiches

3 Druckerhöhungseinheit, vorzugsweise eine erste Peristaltikpumpe

4 Gaszuführeinheit

41 fluiddichte, aber gasdurchlässige Membranen

5 Druckreduzierungseinheit, vorzugsweise eine zweite Peristaltikpumpe

51 weiterer Schlauchabschnitt

6 Schlauchabschnitt

6a erster Schlauchabschnitt

6b zweiter Schlauchabschnitt

61 Rollen der ersten und/oder zweiten Peristaltikpumpe

62 Pumpkopf der ersten und/oder zweiten Peristaltikpumpe

7 Gasabführeinheit

71 fluiddichte, aber gasdurchlässige Membranen

72 Vakuumpumpeneinheit

8 gemeinsames Bauteil umfassend Gaszuführungseinheit und Gasabführeinheit

91 Filtereinheit

92 elastisches Schlauchelement

93 Steuereinheit der Vorrichtung

100 Verfahren zum Betreiben der erfindungsgemäßen Vorrichtung

110 Einleiten von Fluid in die Vorrichtung an der Einlassseite

120 Erhöhen eines Drucks des Fluids relativ zum Umgebungsdruck auf einen erhöhten Druck mit einer Druckerhöhungseinheit

130 Zuführen des Anreicherungsgases unter erhöhtem Druck relativ zum Umgebungsdruck zu dem bereits unter erhöhten Druck stehenden Fluid mit einer Gaszuführeinheit

140 Entspannen des Fluids zumindest auf einen Nutzdruck mit einer zweiten Peristaltikpumpe 150 Fördern des mit Anreicherungsgas angereicherten Fluids aus der Vorrichtung heraus mit der zweiten Peristaltikpumpe

160 Abführen von abzureicherndem Gas aus dem Fluid mit einer Gasabführeinheit

170 mehrfaches Fördern des Fluids durch die Vorrichtung

180 Vorfüllen der Vorrichtung mit Fluid und dessen Förderung durch die Vorrichtung

AG Anreicherungsgas

BB Blutbehandlung

D Durchflussrichtung

F Fluid, beispielsweise eine physiologische Flüssigkeit wie z.B. Blut

G abzureicherndes Gas

SG Spülgas

HD1 erhöhter Druck des Fluids

HD2 erhöhter Druck des Anreicherungsgases

M1 erster Materialstrom

M2 zweiter Materialstrom

M3 dritter Materialstrom

ND Nutzdruck

PF Priming-Fluid

UD Umgebungsdruck