DE2220513A1

DE2220513A1 - Drive for pump - for body implantation with electromagnetic pump housed or embedded in epoxy resin

Info

Publication number: DE2220513A1
Application number: DE19722220513
Authority: DE
Inventors: Georg Dipl Ing Geisselbrecht
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1972-04-26
Filing date: 1972-04-26
Publication date: 1973-11-15

Abstract

Pneumatic or hydraulic pump for blood is an artificial heart or intra-aortic balloon pump. The electromagnetic energy-transmission pump's frequency corresps. to that desired for the pump, and pref. the electromagnetic pump's liquid acts as a diaphragm directly on the blood. The liquid is a high-conductivity metal which is liquid at body temps., e.g. Rb, Cs, K, Na, Hg, Ga, or their alloy.

Description

Antrieb für pneumatische oder hydraulische Pumpvorrichtungen Die Erfindung bezieht sich auf einen Antrieb für pneumatische oder hydraulische Pumpvorrichtungen od.dgl., insbesondere implantierbare Pumpvorrichtungen, mit elektromechanischem Energiewandler. Solche Pumpvorrichtungen sind beispielsweise die Blutpumpe beim künstlichen Herz oder intraaortale Ballonpumpen für die Kreislaufstützung. Im weitesten Sinne sollen unter Pumpvorrichtungen auch Kolben-Zylinder-Mechanismen zum Betrieb von Prothesen od.dgl. bzw. Manschettenpumpen zur Kreislaufstützung verstanden werden. Drive for pneumatic or hydraulic pumping devices The The invention relates to a drive for pneumatic or hydraulic pumping devices Or the like., In particular implantable pump devices, with electromechanical Energy converter. Such pump devices are, for example, the blood pump in artificial heart or intra-aortic balloon pumps for circulatory support. In the broadest Piston-cylinder mechanisms for operation should also be understood under pumping devices of prostheses or the like. or cuff pumps for circulatory support are understood.

In der Medizin besteht Bedarf an Antrieben, die bei der geforderten Leistungsabgabe (bei Blutpumpen z.B. 2 ... 10 W) in Gewicht und Volumen möglichst klein sind und bei optimalem Wirkungsgrad eine- lange Lebensdauer aufweisen. Dies gilt insbesondere für solche Antriebe, die zusammen mit den anzutreibenden Pumpvorrichtungen implantiert werden sollen.In medicine there is a need for drives that meet the required Power output (for blood pumps e.g. 2 ... 10 W) in weight and volume if possible are small and have a long service life with optimum efficiency. this applies in particular to those drives that work together with the pump devices to be driven are to be implanted.

Durch den Artikel "Totålersatz des Herzens" von W. Bleifeld in der Druckschrift "Deutsche Medizinische Wochenschrift", Nr. 15 vom 10.4.1970, Seite 850 ff. sind Antriebe mit verschiedenartigen elektromechanischen Wandlern, wie z.B. piezoelektrischen Wandlern, Elektromagnetenoder elektrischen Motoren, bekannt. Die dort beschriebenen Antriebe können jedoch bei der geforderten Leistungsabgabe im Wattbereich nur dann im Volumen sowie Gewicht hinreichend klein gehalten werden, wenn die Arbeitsfrequenz der Wandler, z.B. Hubfrequenz bei piezoelektrischen Wandlern, Elektromagneten bzw. Drehzahl bei elektrischen Motoren, wesentlich größer ist als die gewünschte Pumpfrequenz der Pumpvorrichtung, die bei Blutpumpen bzw.Through the article "Totålersatz des Herzens" by W. Bleifeld in the Publication "German Medical Weekly", No. 15 dated April 10, 1970, Pages 850 ff. Are drives with various types of electromechanical converters, such as piezoelectric transducers, electromagnets or electric motors are known. The drives described there can, however, with the required power output in the watt range can only be kept sufficiently small in volume and weight, if the working frequency of the transducer, e.g. stroke frequency for piezoelectric transducers, Electromagnet or speed in electric motors, is much greater than the desired pumping frequency of the pumping device, which is used in blood pumps or

intraaortalen Ballonpumpen im Bereich von 1 bis 2 Hz liegt.intra-aortic balloon pumps in the range of 1 to 2 Hz.

Die bekannten Antriebe benötigen demnach zusätzliche mechanische Frequenzwandler, die zusammen mit den im allgemeinen erforderlichen weiteren mechanisch bewegten Bauteilen dieser Antriebe, z.B. Kolben, Ventile, Pumpenlaufräder etc. bzw.The known drives therefore require additional mechanical frequency converters, the mechanically moved ones together with the other mechanically required ones Components of these drives, e.g. pistons, valves, pump impellers etc. resp.

mechanischen Impedanzwandlern (erforderlich insbesondere bei piezoelektrischen Wandlern und Hubmagneten), eine erhebliche Verschlechterung des Antriebswirkungsgrades bewirken. Mechanisch bewegte Bauteile unterliegen außerdem einem häufigen Verschleiß, so daß die Lebensdauer dieser bekannten Antriebe verhältnismäßig gering ist.mechanical impedance converters (required especially for piezoelectric Converters and lifting magnets), a considerable deterioration in drive efficiency cause. Mechanically moving components are also subject to frequent wear and tear, so that the life of these known drives is relatively short.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Antrieb der eingangs genannten Art anzugeben, welcher im Volumen und im Gewicht klein ist und bei hoher Leistungsabgabe sowie langer Lebensdauer einen optimalen Wirkungsgrad aufweist. Der Antrieb soll sich insbesondere zur Implantation zusammen mit der Pumpvorrichtung eignen.The object of the invention is to provide a drive of the type mentioned at the beginning Specify type, which is small in volume and weight and with high power output as well as a long service life has an optimal degree of efficiency. The drive should are particularly suitable for implantation together with the pump device.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Energiewandler eine elektromagnetische Pumpe ist, deren Pumpfrequenz der erwünschten Pumpfrequenz der Pumpvorrichtung entspricht.The object is achieved according to the invention in that the energy converter is an electromagnetic pump whose pumping frequency is the desired pumping frequency corresponds to the pumping device.

Ein Antrieb mit elektromagnetischer Pumpe besitzt keine mechanisch bewegten Teile (damit hohe Lebensdauer) und erfordert - da die Pumpfrequenz der elektromagnetischen Pumpe der erwünschten Pumpfrequenz der Pumpvorrichtung entspricht - keine mechanischen Frequenzanpassungsglieder. Der Gesamtwirkungsgrad ist damit gegenüber bekannten Antrieben bei gleichbleibender Leistungsabgabe wesentlich verbessert. Da im niederfrequenten Bereich (Pumpfrequenz z.B. 1 .... 2 Hz) arbeitende elektromagnetische Pumpen bei gleicher Leistungsabgabe im Gewicht und im Volumen kleiner sind als herkömmliche elektromechanische Wandler ohne Anpassungsglieder, ist auch der Antrieb in seinen Gesamtabmessungen und in seinem Gewicht stark verkleinert.A drive with an electromagnetic pump has no mechanical drive moving parts (thus long service life) and requires - since the pumping frequency of the electromagnetic pump corresponds to the desired pumping frequency of the pumping device - no mechanical frequency adapters. The overall efficiency is thus compared to known drives with constant power output significantly improved. Since in the low frequency range (pump frequency e.g. 1 ... 2 Hz) working electromagnetic Pumps with the same power output are smaller in weight and volume than conventional ones electromechanical converter without adapters, is also the drive in his Overall dimensions and greatly reduced in weight.

Als elektromagnetische Pumpe kann wahlweise eine der bekannten Induktions- bzw. Konduktionspumpen verwendet werden. Die Pumpe kann dabei eine zirkulare, lineare tubenförmige oder aber lineare plane Pumpe sein.One of the well-known induction pumps can be used as the electromagnetic pump. or conduction pumps can be used. The pump can be circular, linear be tubular or linear planar pump.

In einer vorteilhaften Ausführung der Erfindung wirkt die Pumpenflüssigkeit der elektromagnetischen Pumpe über eine Membran od.dgl. unmittelbar auf das zu pumpende Medium, z.B.In an advantageous embodiment of the invention, the pump fluid acts the electromagnetic pump via a membrane or the like. directly to what is to be pumped Medium, e.g.

Blut. Als Pumpenflüssigkeit der elektromagnetischen Pumpe wird dabei im Hinblick auf eine Implantation zweckmäßig ein bei der mittleren Körpertemperatur von 370 gut flüssiges Metall hoher Leitfähigkeit verwendet. Das Metall kann dabei ein Leichtmetall, z.B. Rubidium, Cäsium, Kalium oder Natrium oder ein Schwermetall, z.B. Quecksilber oder Gallium, sein. Es kann aber ebensogut auch eine Legierung aus diesen Metallen verwendet werden.Blood. The electromagnetic pump is used as the pump fluid With regard to an implantation, it is expedient to use one at the mean body temperature of 370 good liquid metal of high conductivity used. The metal can do it a light metal, e.g. rubidium, cesium, potassium or sodium or a heavy metal, e.g. mercury or gallium. But it can just as well be an alloy made of these metals can be used.

Die mechanische Anpassung (Leistungs- und Frequenzanpassung) der elektromagnetischen Pumpe an die"Pumpvorrichtung, z.B.The mechanical adaptation (power and frequency adaptation) of the electromagnetic Pump to the "pumping device, e.g.

Blutpumpe, kann auf einfache Weise durch entsprechende Bemessung des Strömungskanals der elektromagnetischen Pumpe geschehen. Bei einem Antrieb für die Blutpumpe eines künstlichen Herzens (z.B. Sacktyp oder Membrantyp) hat es sich z.B. als zweckmäßig erwiesen, zur Erzeugung ger erwünschten Pumpfrequenz von fp = 1 ... 2 Hz bei einer erwünschten Blutförderungsmenge von ca. 100 ml/s und bei einer vorausgesetzten Erregerfrequenz der elektromagnetischen Pumpe von fe = 400 Hz den Querschnitt des Pumpenströmungskanals zu ca. 25 mm2 zu wählen.Blood pump, can be done in a simple manner by appropriate sizing of Flow channel of the electromagnetic pump happen. With a drive for the Blood pump of an artificial heart (e.g. bag type or membrane type) it has e.g. proven to be useful for generating the desired pump frequency of fp = 1 ... 2 Hz with a desired blood delivery rate of approx. 100 ml / s and with a presupposed one The excitation frequency of the electromagnetic pump of fe = 400 Hz corresponds to the cross-section of the Pump flow channel of approx. 25 mm2 to be selected.

Die Querschnittsform des Strömungskanals kann dabei beliebig ausgebildet sein, z.B. zweckmäßig kreisförmig oder als schmales Rechteck.The cross-sectional shape of the flow channel can be designed as desired be, e.g. appropriately circular or as a narrow rectangle.

Anhand der Fig. 1 und 2 werden zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben und ihre Wirkungsweise erläutert.1 and 2 are two exemplary embodiments of the invention described and their mode of operation explained.

Die Fig. 1 zeigt den Antrieb 1 für eine Blutpumpe 2 vom Sacktyp. Der Antrieb enthält dabei die aus den Erregerwicklungen 3 sowie dem Strömungskanal 4 mit einem bei Körpertemperatur (57o) gut flüssigen Metall 5, z.B. Rubidium, bestehende elektromagnetische Pumpe. Der Strömungskanalquerschnitt ist kreisförmig und ca. 25 mm2 groB.Fig. 1 shows the drive 1 for a blood pump 2 of the bag type. Of the The drive includes the excitation windings 3 and the flow channel 4 with a metal 5, e.g. rubidium, which is liquid at body temperature (57o) electromagnetic pump. The flow channel cross-section is circular and approx. 25 mm2 in size.

Der Strömungskanal 4 ist Teil einer Flüssigkeitsleitung 6, welche eingangsseitig in einem Vorratsgefäß 7 für die Pumpflüssigkeit und ausgangsseitig unmittelbar an der Sackwandung 8 der Blutpumpe 2 mündet.The flow channel 4 is part of a liquid line 6, which on the inlet side in a storage vessel 7 for the pumping liquid and on the outlet side opens directly at the bag wall 8 of the blood pump 2.

Die Pumpe 3 bis 5 sowie das Gefäß 7 sind zum Zwecke der Implantation in einem Gehäuse 9 aus einem gut körpervertraglichen Stoff, z.B. Epoxydharz, angeordnet oder eingegossen. Mit 10, 11 und 12 sind die Anschlußleitungen für den Anschluß der Erregerwicklungen 3 der elektromagnetischen Pumpe an einen Erregungsstromerzeuger (nicht dargestellt), z.B. 400 Hz-I)rehstrom-Erzeuger mit im Takt der erwünschten Pumpfrequenz arbeitender Umpolvorrichtung für das magnetische Wanderfeld, bezeichnet.The pump 3 to 5 and the vessel 7 are for the purpose of implantation in a housing 9 made of a material that is well tolerated by the body, e.g. epoxy resin or poured. With 10, 11 and 12 are the connecting lines for the connection the excitation windings 3 of the electromagnetic pump to an excitation current generator (not shown), e.g. 400 Hz-I) reheating current generator with the cycle of the desired Pump frequency working Polarity reversal device for the traveling magnetic field, designated.

Der Stromerzeuger kann ebenfalls mit im Gehäuse untergebracht sein. The power generator can also be accommodated in the housing.

Im Betriebszustand der Anordnung nach Fig. 1 wird.die Pumpe flüssigkeit 5 der elektromagnetischen Pumpe im Strömungskanai mit einer Frequenz von 1... 2 Hz (Herzfrequenz) in Richtung auf die Sackwand 8 der Blutpumpe 2 hin bzw. von der Sackwand weg gepumpt. Entsprechend den Pulsationsbewegungen der Flüssigkeit 5 wird der Sack 8 zusammengepreßt oder aufgebläht. Das im Sack befindliche Blut 13 wird dabei im Takt der Sackwandbewegung wechselweise über die am Blutkreislauf des Patienten angeschlossene Leitung 14 (Arterienanschluß) ausgestoßen bzw. In the operating state of the arrangement according to FIG. 1, the pump is liquid 5 of the electromagnetic pump in the flow channel with a frequency of 1 ... 2 Hz (heart rate) in the direction of the bag wall 8 of the blood pump 2 or from the Bag wall pumped away. According to the pulsation movements of the liquid 5 the sack 8 compressed or inflated. The blood 13 in the sack becomes at the same time as the wall of the sack is moving, alternating with the patient's bloodstream connected line 14 (arterial connection) ejected or

über die Leitung 15 (Venenanschluß) angesaugt. Das Ausstoßen bzw. Ansaugen des Blutes geschieht dabei über Ventile 16 und 17 (Nachbildung der Herzklappen). sucked in via line 15 (vein connection). The ejection or The blood is sucked in via valves 16 and 17 (simulating the heart valves).

Fig. 2 zeigt einen dem Antrieb 3 bis 7 nach Fig. 1 entsprechenden Antrieb für eine intraaortale, mit Luft gefüllte Ballonpumpe 18. Die Ballonpumpe 18 besteht dabei aus dem Verbindungsschlauch 19 sowie dem Ballon 20, der über Öffnungslöcher 21 in der Schlauchwandung mit dem Verbindungsschlauch 19 pneumatisch verbunden ist. Die Übertragung der von der Pumpflüssigkeit 5 der elektromagnetischen Pumpe3 bis 5 erzeugten Pulsationen auf das im Schlauch 19 sowie im Ballon 20 befindliche Luftvolumen geschieht mittels einer Membran 22. FIG. 2 shows one corresponding to the drive 3 to 7 according to FIG. 1 Drive for an intra-aortic, air-filled balloon pump 18. The balloon pump 18 consists of the connecting tube 19 and the balloon 20, which has opening holes 21 is pneumatically connected to the connecting hose 19 in the hose wall. The transmission of the pump liquid 5 of the electromagnetic pump 3 to 5 generated pulsations on the air volume located in the tube 19 and in the balloon 20 takes place by means of a membrane 22.

Bei beiden Ausführungsbeispielen läßt sich die Pumpfrequenz der elektromagnetischen Pumpe leicht durch Änderung der Umpolfrequenz des magnetischen Wanderfeldes. der Pumpe variieren. In both embodiments, the pump frequency can be the electromagnetic Pump easily by changing the polarity reversal frequency of the traveling magnetic field. the Vary the pump.

Die Förderleistung der Pumpe kann entsprechend in gewissen Bereichen -durch Anderung der Frequenz -bzw. Amplitude der Erregerspannung beeinflußt werden. The delivery rate of the pump can be adjusted accordingly in certain ranges -by changing the frequency -or. Amplitude of the excitation voltage can be influenced.

Claims

Drive for pneumatic or hydraulic pumping devices or the like., especially implantable pumping devices, such as the blood pump in the artificial Cardiac or intra-aortic balloon pump. for circulatory support, with electromechanical Energy converter, noting that the energy converter an electromagnetic pump (3 to 5) whose pumping frequency is the desired Pumping frequency of the pumping device (2) corresponds.

2. Drive according to claim 1, characterized in that the pump liquid (5) the electromagnetic pump via a membrane (8 or 22) or the like. right away acts on the medium to be pumped, e.g. blood (13);

3. Drive according to claim 1 or 2, characterized in that the pump liquid (5) is the electromagnetic Pump a metal high that is well liquid at an average body temperature of 37o Conductivity is used.

4. Drive according to claim 3, characterized in that a light metal, e.g. rubidium, cesium, potassium or sodium or a heavy metal, e.g. mercury or gallium or an alloy of these metals is used.

5. Drive according to one of claims 1 to 4 for the blood pump one artificial heart (e.g. bag or membrane type), characterized in that at a desired pumping frequency of fp = 1 ... 2 Hz and a desired blood delivery rate of approx. 100 ml / s and an assumed excitation frequency of the electromagnetic Pump from fe 400 Hz the cross section of the pump flow channel (4) to approx. 25 mm2 is chosen.

6. Drive according to claim 5, characterized in that the cross section of the flow channel (4) either circular or as a narrow rectangle is.

7. Drive according to one of claims 1 to 6, characterized in that that the electromagnetic pump for the purpose of implantation in a housing (9) made of a material that is well tolerated by the body, e.g. epoxy resin, housed or in is poured into the fabric.

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