DE2935204A1 - Herzhilfeeinrichtung - Google Patents

Description

BLUMBÄCH - WESER · BERGEN · ZWlRNER · BREHM

PATENTANWÄLTE IN MÜNCHEN UND WIESBADEN —3—

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Manfred Asrican, Ph. D.
Greenwich, Conn. 06830, USA

Herzhilfeeinriclitung

Die Erfindung bezieht sich auf eine Herzhilfeeinrichtung zur Implantation und zur mechanischen Unterstützung der linken Herzkammer-Pumpfunktion eines fehlerhaften menschlichen Herzens.

Es gibt zahlreiche Hilfen zur Kompensation des Verlustes der natürlichen Pumpfähigkeit des Herzens durch äußerliche Herzhilfeeinrichtungen. Auch der Ersatz des gesamten menschlichen Herzens durch ein organisches Transplantat oder eine spezielle mechanische Pumpe ist bekannt. Die mit .der organischen Transplantation einhergehenden Probleme sind bekannt und brauchen nicht weiter erörtert werden. Bei den mechanischen Einrichtungen treten zwei hauptsächliche Probleme auf, die noch nicht vollständig gelöst sind.

Die eine Schwierigkeit ist der Austritt des Blutfarbstoffes aus den roten Blutkörperchen (Hämolyse), verursacht

München: R. Kramer Dipl.-Ing. ■ VV. Weser Dipl.-Phys. Dr. rer. nat. · H. P. ßrehm Dipl.-Chem. Dr. phil. nal. Wiesbaden: P.G. ßlumbacit Dipl.-Ing. . P. Bergen Dipl.-Ing. Dr. jur. . G. ZiVirner Dipl.-Ing. Dipl.-W.-lng.

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durch den ständigen Kontakt dos Blutes mit innerlich fremden Materialien. Die zweite Schwierigkeit ist eine mechanische, nämlich die Bereitstellung adäquater Antriebsquellen für die mechanische Vorrichtung in praktischer und pass ender W e i se♦

In dem letzten Jahrzehnt sind einige Fortschritte erzielt worden. In der US-PS 3 518 702 ist ein implantierbares, durch den Körper betätigtes, künstliches Herzsystem beschrieben, welches durch die Brust- und Atemmuskeln betrieben und reguliert wird. In der US-PS 4 034 742 ist eine Einrichtung gezeigt, deren Betrieb mit dem Elektrocardiograiam des Patienten verknüpft ist. In der US-PS 4 078 267 ist eine Pumpe offenbart, deren Kapazität viermal der eines Herzens ist und die mit einem Viertel der normalen Herzfrequenz betrieben wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Herzhilfeeinrichtung zu schaffen, welche die Funktion des Herzens unterstützt, aber nicht ersetzt.

Die gestellte Aufgabe wird aufgrund der Maßnahmen des Hauptanspruches gelöst und durch die weiteren Maßnahmen der Unteransprüche ausgestaltet und weitergebildet.

Die Einrichtung weist eine su implantierende, steife Hülle auf , welche den Herzmuskel umgibt und deren innere Ober-

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fläche eine ausdehnbare Blase bzw. eine Serie solcher Blasen aufweist. Äußerlich hiervon ist eine hin- und hergehende Pumpe angebracht und wird kontinuierlich durch die Atffiiiiigsbswegüiig des Zwerchfells dos Patienten angetrieben. Die Pumpe versorgt über ein Rückschlagventil einen elastischen Speicher« Ein zweites, über das BKG des Patienten elektronisch gesteuertes Ventil liegt in Serie innerhalb der Leitung zwischen dein Speicher und der Blase, Auf ein Signal hin wird eine bestimmte, unter Druck stehende Flüssigkt'äitsBienge impulsweise zu der Blase geleitet, um diese aufzublähen, wodurch wiederum der Herzmuskel zusammengedrückt wird. Die Flüssigkeit gelangt durch ein zweites Rückschlagventil zur Pumpe und. kann so zirkulieren. Aus Sicherheitsgründen ist ein Bypass zwischen der Leitung zu und von der Blase vorgesehen, um unangemessen hohe Drücke und Flüssigkeitsvolumen in die Blase zu vermeiden. Das elektronisch gesteuerte Ventil kann über kleine Batterien betrieben v/erden, es int aber auch möglich, die Zwerchfellbewegung zum Betrieb eines kleinen Generators auszunutzen, welcher lediglich eine Drahtspule und einen periodisch sich hin- und herbewegenden Permanentmagneten umfaßt, da die erforderliche Leistung für das Ventil klein ist. Die abgegebene Spannung wird nach Gleichrichtung zur Aufladung eines kleinen Kondensators benutzt, dessen Entladestrom periodisch dem Ventil zugeführt wird.

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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der Zeichnung beschrieben. Dabei zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung der Herzhilfeeinrichtung,

Fig. 2 ein Diagramm der geförderten Flüssigkeit, Fig. 3 eine Ansicht gemäß Schnitt 3-3 in Fig. 1, Fig. 4 eine Ansicht gemäß Schnitt 4-4 in Fig. 3 und Fig. 5 Schaltungseinzelteile eines Generators zum Betrieb durch das Zwerchfell.

Die Herzh.ilfeeinriclitung weist im wesentlichen eine aufblasbare Hülle 11, eine hin- und hergehende Pumpe 12, einen elastischen Speicher 13» ein vom Herzschlag gesteuertes Ventil 15, Leitungen 16 und eine Druckbegrenzungseinrichtung 17 auf.

Die Hülle 11 besteht vorzugsweise aus rostfreiem Stahl oder einem körperverträglichen Kumststoff. Die Hülle ist im wesentlichen hohlkegelförmig ausgebildet und wird durch einen oberen umlaufenden Rand 21, einen unteren umlaufendon Rand 22 sowie innere und äußere Oberflächen 23 bzw. 24 begrenzt. Eine Mehrzahl von Befestigungsbohrungen 25 sind zum Anheften der Hilfseinrichtung durch den Chirurgen vorgesehen.

Auf der inneren Oberfläche 23 ist eine ringförmige Blase vorgesehen, deren äußere Oberfläche 27 zum direkten Kontakt

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mit der Oberfläche des Herzmuskels dient und deren Inneres 28 eine unter Druck stehende Flüssigkeit enthält.

Die hin- und hergehende Pumpe 12 ist so ausgebildet, daß sie durch die Atmungsbewegung des Trägers betrieben werden kann. Es ist ein Balg 32 mit einem Einlaß 33 und einem Auslaß 34 vorgesehen und wird passend befestigt, beispielsweise innerhalb des Brustkorbes des Patienten.

Der Speicher 13 wird ebenfalls innerhalb des Brust- oder Bauchraumes chirurgisch befestigt und hat ein Fassungsvermögen, welches gleich oder etwas kleiner als die der linken Herzkammer ist. Der Speicher besteht aus relativdickem, elastomerem Material, so daß ein wesentlicher Druck aufrecht erhalten bleibt, der durch wiederholte Zyklen der Pumpe 12 aufgebaut worden ist. Am Speicher ist ein Einlaßanschluß 38 und ein Auslaßanschluß 39 vorgesehen. Eine Ein-laßleitung 40 ist mit einem Rückschlagventil 41 versehen, während eine Auslaßleitung 42 mit dem Ventil 15 in Verbindung steht.

Das Ventil 15 kann über Druckflüssigkeit betätigt werden, es ist aber auch eine elektronische Betätigung über einen batteriebetriebenen Magneten (nicht dargestellt) möglich. Ein Herzsensor 46 steuert den Elektromagneten unter Verwendung von an sich bekannten Festkörperschaltern.

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Zur Vermeidung von Überdrücken in dem Behälter 13 und zur Axifrechterhaltung eines im wesentlichen konstanten Druckes in der Blase 26 während der zyklischen Betätigung, ist ein !-Verbindungsstück 50 vorgesehen, welches zu einem Druckbegrenzungsventil 51 und weiterhin zu einem zweiter» !-Verbindungsstück 52 führt, so daß eine direkte Rückführung von überschüssigem Druck zur Pumpe ermöglicht ist. Da die in dem System vorhandene Flüssigkeitsmenge festliegt, reicht dieses Abströmen aus, den Druck innerhalb der vorgeschriebenen Grenzen zu halten.

Während des Betriebs bleibt der Speicher im wesentlichen im aufgeblasenen Zustand und zieht sich bei jedem Impuls ein wenig zusammen. Die für jeden Impuls benötigte Flüssigkeitsmenge ist relativ klein. Das Ventil 15 öffnet extrera schnell und schließt auch wieder schnell, etv/a wie dies im Diagramm nach Fig. 2 dargestellt ist. Der Flüssigkeitsdruck ist nicht für die gesamte Kontraktion des Herzmuskels verantwortlich, die Expansion der Blase 26 unterstützt ,lediglich die natürliche Herzkontraktion.

Es ist möglich, das Ventil 15 so zu betreiben, daß es nicht bei jedem Herzschlag betätigt wird, sondern nur bei jedem zweiten, dritten oder vierten Herzschlag, was vor allem dann in Betracht kommt, wenn das Ausmaß der benötigten

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Unterstützung relativ klein ist. Für diesen B'all wird der Purapenbetrieb entsprechend eingestellt, um die passende (geringere) Betriebsiaittelmenge zu liefern.

Die neue Herzhilfeeinrichtung soll in weniger schv/eren Fällen die Notwendigkeit von organischen Transplantationen vermeiden. Die Einrichtung wird' vorzugsweise gänzlich implantiert, und alle Elemente sind relativ einfach und störungsfrei. Es versteht sich, daß die Elemente nit körperverträglichen, nicht reizenden Materialien überzogen sind. Die Implantation durch den Chirurgen ist relativ einfach, da kein Teil des Kreislaufsystems gestört werden braucht.

In Fig. 5 ist ein kleiner elektrischer Generator dargestellt, welcher ein Teil der Pumpe 12 sein kann. Wie erwähnt, ist der Leistungsbedarf für das Yentil 15 und den Sensor 46 sehr klein, so daß ein einfacher Generator aus einer kleinen Drahtspule"55 und einem Permanentmagneten ausreicht, die an zueinander beweglichen Teilen der Pumpe befestigt sind. Die abgegebene Spannung wird einer kleinen Festkörper—Gleichrichterschaltung 57 zugeführt, welche einen Kondensator 58 auflud. Dieser kann periodisch über Anzapfungsleitungen 59 und. 60 entladen werdon. Da sich das Zwerchfell ständig bewegt, ist die Pumpe 12 ständig im Betrieb, und die Speicherkapazität des Kondensators kann relativ klein sein. Bei Vollwegglc-ichrichtiing; fließt

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deshalb ständig Strom in den Kondensator 58.

Der in Fig,5 dargestellte Generator kann auch unabhängig von der Pumpe 12 verwendet v/erden» Benötigt wird eine hin- und hergehende Einrichtung, die dafür angepeilt ist, von einem Patienten getragen zu werden» und die durch die Atmungsbewegung des Zwerchfells des Patienten betrieben wird.

Die hohle , steife Hülle 11 von im wesentlichen kegelförmiger Gestalt kann als ein neuer Artikel der Herstellung betrachtet werden, einschließlich der aufblasbaren Blase auf der Innenoberfläche der Hülle und den Anschlüssen für eine Druckflüssigkeit von einer äußeren Quelle.

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Claims (5)

BLUMBACH · WESER · BERGEN . KRAiVlE ZWiKNER · BREHM PATENTANWÄLTE IN MÜNCHEN UND WIESBADEN Patenlconsult Radedceslraßa 45 8G00 München 60 Telefon (089) 883603/883604 Telex 05-212313 Telegramme Patentconsult Patentconsuit Sonnenberger Straße 43 6200 Wiesbaden Telefon (06121) 562943/56199S Telex 04-18623? Telegramme Patenlconsult Manfred Asrican, Ph. D. Baldwin Farias, Greenwich, Connecticut 06830, USA Patentansprüche

1./Herzhilfeeinrichtung, gekennzeichnet durch folgenden Aufbau: eine hohle, steife Hülle (11) von im großen und ganzen kegelförmiger Gestalt ist zur Einpflanzung und Umgebung des Herzmuskels eines Patienten ausgebildet;

eine aufblasbare Blase (26) ist auf der Innenseite der Hülle vorgesehen und weist einen Einlaß und Auslaß für Druckmittel von einer externen Quelle auf;

eine hin- und hergehende Pumpe (12) ist zum Antrieb durch die Atmungsbewegung des Zwerchfells des Patienten und zum Tragen durch den Patienten ausgebildet; ein elastischer Speicher (13) liegt hinter der Pumpe- und ein Ventil (15) hinter dem Speicher und steht in Yerbindung mit der Blase (26);

eine Einrichtung (46) zur Abtastung des Herzschlages des Patienten liefert ein Signal zur Steuerung des Yentils (15) synchron zum Herzschlag;

Leitungseinrichtungen (16) dienen zur Zu- und Abfuhr des Druckmittels von der Blase (26) su der Pumpe (12).

München: R. Kramef Dipl.-inq. . ■»','. V/eser Dipi.-Phys. Dr. fer. na!. · H. P. Brehm Dipl.-Chern. Dr. phil. nat. Wiesbaden: P. G. Bfambsch Dipi.-ing. . r. Bergen Dipl.-Ing. D.', jur. - G. Z.virner Oipi.-hig. Dipl.-W.-Ing.

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2. Herzhilfeeinrichtung nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, daß an der hin- und hergehenden Pumpe (12) ein Permanentmagnet (56) und eine diese umgebende Spule (55) vorgesehen sind, deren Lage zueinander durch die Hin- und Herbewegung verändert und dabei eine elektrische Spannung erzeugt wird.

3. Herzhilfeeinrichtung nach Anspruch 1 oder 2,

dadurch gekennzeichnet, daß ein Sicherheitsventil (51) zur Ableitung von überflüssigem Druck des Speichers (13) zu der Pumpe (12) vorgesehen ist.

4. Herzhilfeeinrichtung nach Anspruch 2 oder 3»

dadurch gekennzeichnet, daß die erzeugte elektrische Spannung einem Vollweggleichrichter (57) und einem Kondensator (58) zugeführt wird.

5. Herzhilfeeinrichtung als neues Erzeugnis mit folgendem Aufbau: eine hohle, steife Hülle (11) von im großen und ganzen kegelförmiger Gestalt ist zur chirurgischen Implantation über dem Herzmuskel eines Patienten ausgebildet; eine aufblasbare Blase (26) ist auf der Innenoberseite (23) der Hülle (11) vorgesehen und weist eine Zuleitung und Ableitung von Druckmittel von und an eine externe Quelle auf.

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