DD264380A1 - Verfahren und vorrichtung zum antrieb einer assistblutpumpe - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung, insbesondere zum Antrieb einer extrakorporal einsetzbaren Blutpumpe, die in einem Assistsystem, z. B. als Linksherzbypass, Verwendung finden soll. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen kompakten, zuverlaessigen, impuls- und geraeuscharmen elektromagnetischen Linearantrieb zu schaffen, der impulsgetriggert, zyklisch und energieoptimal angesteuert wird. Erfindungsgemaess weist der eingesetzte Doppelhubmagnet eine kennlinienbeeinflussende Magnetankergeometrie, eine direkte Ankerfuehrung und ein integriertes Messsystem auf. Bezueglich einer bewegten Kante sind n Lichtschrankenanordnungen zur Erkennung der Magnetankerposition angeordnet. Die Ansteuerung der Erregerwicklungen des Doppelhubmagneten erfolgt in Abhaengigkeit vom Erreichen der durch beliebige Lichtschrankenanordnungen festgelegte Ankerstellungen definiert und freiprogrammierbar. Fig. 1

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung, insbesondere für den Antrieb einer extrakorporal einsetzbaren Blutpumpe, die vorzugsweise in einem Assistsystem z. B. als Linksherzbypaß Verwendung finden soll.

Darüber hinaus ist die Vorrichtung vielseitig für zyklische Bewegungsaufgaben mit variierbarem Hub einsetzbar.

Charakteristik des bekannten Standes der Technik

Assistblutpumpen dienen zur Unterstützung der natürlichen Herzfunktion und werden z. B. als Links- oder Rechtsherzbypaß eingesetzt. Dementsprechend erfHgt ihre Ansteuerung meist in Abhängigkeit von Informationen des Kreislaufsystems (EKG, Triggerung usw./.

Für den Einsatz in Assiütr.ystemon kommen wegen ihrer nur geringen blutschädigenden Wirkung vorwiegend pneumatisch oder hydraulisch angetriebene Membranpumpen, z.B. als Diaphragma- oder Sackventrikel zum Einsatz. Derartige Blutpumpen werden unter anderem in den Patentschriften DE OS 2730933, DE OS 2557475, DE OS 2619293, DE OS 2710269, DE OS 2707951, US 3874002 beschrieben. Die Antriebsaggregate dieser Blutpumpen sind relativ groß und bilden keine konstruktive Einheit mit der Blutpumpe.

Alternativ werden zum Antrieb von Assistblutpuinpen elektromechanische AfV.riebe eingesetzt, die über Druckplattenmechanismen auf die blutverdrängende Membran einwirken. Der Antrieb erfolgt bei den bekannten Lösungen jedoch me t über mehrere Getriebe elemente, die der Bewegungswandlung bzw. Kraftübersetzung dienen (DE OS 3136469).

Mit dor Anzahl dieser Getriebeelemente sinken tendenziell sowohl der Gesamtwirkungsgrad als auch die Zuverlässigkeit. Ein Linearantrieb unter Verwendung eines Linearschrittmotors wird als Variante in der Offenlegungsschrift DE 3342534 beschrieben.

Gemeinsamer Nachteil dieser und linderer Varianten elektromechanisch angetriebener Assistblutpumpen ist die stark verlustbehaftete Enorgie- bzw. Bewegungswandlung zur Erzeugung einer Linearbewegung der Membran. In der Patentschrift DO f>39723 wird als Variante eine B'utpumpe mit kennlinienbeeinflußtem Elektromagneten als Antrieb angeführt, die sich für Assi Uzwecke eignet und kompakt aufgebaut ist. Da Elektromagneten jedoch nur Kräfte in einer Richtung erzeugen können, läßt dies, r Antrieb keine aktive definiert einstellbare Füllphase (Diastole) der Blutpumpe zu.

Zur Realisierung einer gewünschten Kraft-Weg-Kennlinie des Antriebsmagneten weist das Ankergegenstück eine definierte Querschnittsverteilung in Bewegungsrichtung auf, während der Anker als kompakter zylindrischer Körper ausgebildet ist und durch seine Eigenmasse bei der Bewegung einen merklichen Impuls auf die Blutpumpe verursacht.

Ein weiterer Nachteil dieser und anderer Lösungen ist, daß ohne Ankopplung von nicht integrierbaren Meßsystemen keine Informationen übet die momentane Membranposition vorliegen und einer Steuereinheit zugeführt werden können. Damit fehlen wichtige Informationen übiir das theoretische Schlagvolumen der Pumpe, die für den Einsatz in einem Assistsystem von Bedeutung sind.

Da Linearantriebe und im besonderen Elektromagnete in Verbindung mit Assistblutpumpen derzeit kaum eingesetzt werden, sind bekannte Vorrichtungen nach anderen Kriterien optimiert und den besonderen Bedingungen des EKG-getriggerten Pumpbetriebs nicht angepaßt.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist es, die Vorrichtung, insbesondere zum Antrieb einer flexibel extrakorporal einsetzbaren Assistblutpumpe zu schaffen.

Als Alternative zu bekannten technischen Lösungen soll der verwendete Linearantrieb energieoptimal angesteuert werden, einfach aufgebaut sein und gemeinsam mit der Assistbiutpumpe eine Kompakteinheit bilden.

Durch die Vorrichtung soll eine gute Anpassung der Pumpfunktion an die physiologischen Bedingungen erreicht und damit neue Therapiemöglichkeiten erschlossen werden.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die technische Aufgabe zugrunde, die Vorrichtung zum Antrieb einer Assistblutpumpe zu schaffen, wobei der Antrieb entsprechend den physiologischen Erfordernissen EKG-getriggert und energieoptimal steuerbar sein soll.

Antrieb und Assistblutpumpe sollen eine zuverlässige und kompakte Einheit bilden und einschließlich tragbarer elektronischer

Steuereinrichtung flexibel einsetzbar sein.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung soll einfach aufgebaut, mit der Assistblutpumpe gut koppelbar sein und in Funktion nur eine geringe Geräuschentwicklung und impulsarme Bewegungsübertragung aufweisen.

Zum Antrieb der Assistblutpumpe, die als Druckplattenventrikel ausgebildet ist, gelangt ein Doppelhubmagnet mit mikrorechnerintegrierter elektronischer Steuereinrichtung zum Einsatz. Der Magnetanker ist direkt mit der Druckplatte des Druckplattenventrikels verbunden. Der Doppelhubmagnet wird abhängig von einem Triggersignal (EKG oder Impulsgenerator) zyklisch angesteuert, wobei ein Stouerzyklus aus Druck- und Saugphase (Systole und Diastole) besteht.

Der Doppelhubmagnet setzt sich, wie allgemein bekannt, aus zwei Magnetkernen zusammen, die über den Magnetanker geschlossen werden. Er besitzt zwei, für die systolische Vorschubbewegung und für die diastolische Rückholbewegung der Membran durch die Steuereinrichtung getrennt ansteuerbare Erregerwicklungen.

firfindungsgemäß ist der Magnetanker, der einen zylindrischen Außenmantel aufweist, von beiden Stirnseiten her konisch ausgespart. Durch diese Maßnahme ist der Magnethub und ein an die zu überwindende Gegenkraft angepaßter Kraftverlauf, bezogen auf den Magnethub, in beiden Bewegungsphasen festgelegt. Der Magnetanker ist am Außenmantel durch eine dünne Gleitschicht aus nichtmagnetischem Material, vorzugsweise Polytetrafluorethylen oder Messing, beschichtet und beweglich in dem durch die Flußleitstücken und den dazwischen liegenden nichtmagnetischen Teilen gebildeten Spulenkörper, der eine durchgehende zentrische Bohrung aufweist, angeordnet.

Durch die spezielle Magnetankerausbildung und -führung tritt gegenüber den allgemein üblichen Konstruktionen eine deutliche Masse- und Impulsreduzierung sowie eine Verminderung der magnetisch bedingten Lagerreibung ein.

Bezüglich einer Kante eines mit dem beweglichen Magnetanker verbundenen zentrisch angeordneten nichtmagnetischen Stiftes sind n, vorzugsweise 10, in Bewegungsrichtung in gleichen Abständen versetzte Lichtschranken, bestehend aus jeweils einem Sender- und Empfängerelement, die sich gegenüberstehen, angeordnet. Dadurch ist die Magnetankerstollung in η diskreten Schritten erfaßbar.

Die Lichtschranken 1 bis η ändern in den entsprechenden Stellungen deü Magnetankers bzw. der Membran ihren Signalpegel, der durch die elektronische Steuereinrichtung ausgewertet und in den Ansteueralgorithmus der beiden Erregerwicklungen einbezogen wird.

Die Endlagenstellung des Magnetankers sind softwaregemäß durch zwei beliebige Lichtschranken festgelegt.

Die Umsteuerung der Erregerspulen erfolgt in Abhängigkeit vom Erreichen dieser Endlagenstellungen oder nach einem festgelegten Zeitregime.

Die Führungsbahn des Magnetonkers weist innerhalb des durch die Lichtschranken 1 und η festgelegten Hubes keine mechanischen Begrenzungen und derr:!* harte Anschläge, die zu Geräuschbelästigungen führen können, auf. In Richtung des Druckplattenventrikels ist die Führungsbahn des Magnetankers offen. Diese Maßnahme gewährleistet eine gute Montier- bzw. Demontierbarkeit von Doppelhubmagnet und Druckplattenventrikel. Durch die Ansteuerung der Erregerwicklungen mit abgespeicherten Spannungs- oder Stiom-Zeit-Funktionen ist außer der kennlinienbeeinflussenden geometrischen Ausbildung des Magnetankers eine weitere energieoptirnale Anpassung der Magnetkraft an die Lastkennlinie (Gegendruck) möglich.

Für höhere Belastungen des Doppelhubinagneten ist eine Kühlunq em Außenmantel durch innerhalb eines Kühlmantels strömendes Wasser vorgesehen.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Antrieb einer Assistblutpumpe ist im Vergleich zu anderen bekannten Lösungen außsrordentlich einfach aufgebaut, ist dadurch sehr zuverlässig, besitzt eine hohe Lebensdauer, ein für den extrakorporalen Einsatz ausreichend gutes Masse-Leistungsverhältnis und ist sehr gut steuerbar.

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung wird nachstehend an einem Ausführungsbeispiel erläutert. Die Zeichnung zeigt in Figur 1 eine Echematische Schnittdarstellung der realisierten Vorrichtung zum Antrieb einer Assistblutpumpe. Der als elektromagnetischer Linearantrieb für die Membran 14.1 des Druckplattenveritrikels 14 verwendete Doppclhubmagnet wird durch eine tragbare elektronische Steuereinrichtung mit integriertem Mikrorechner angesteuert. Diu Steuereinrichtung beinhaltet außer dem Mikrorechner verschiedene Netzteile, eine speziene Leistungsendstufe zur Ansteuerung der Erregerwicklungen 10 und 11 mit Stromeinprägung, sowie spezielle Hardwareelektronik .'ür die Realisierung von Zusatzfunktionen.

Die Erkennung der Magnetankerposition erfolgt durch 10 Lichtschranken. Dadurch wird bei einem Membranhub von maximal 15mm die momentane Membranposition mit einem Fehler von 10% ermittelt.

Diese Genauigkeit ist für daraus ί 'bareTrer Jberechnungen, z. B. zur Bestimmung des theoretischen Durchflußwertes, in den meisten Fällen ausreichend. Alle Änderungen der Funktion des Antriebs, wie Umschaltung von EKG-Triggerung auf interne TriggerungoderÄnderungen der Anzeige, werdan über die Tastatur eingeleitet und durch die Anzeige entsprechend signalisiert.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung nach Figur 1 weist als Besonderheit einen am zylindrischen Außenmantel durch eine 250 pm dicke Gleitschicht aus Messing umgebenen Magnetanker auf, der von beiden Stirnseiten her, innen konisch ausgedreht ist und ohne Führungsstangen direkt in den innen geschliffenen Flußleitstücken 3,4,5 und den dazwischen liegenden nichtmagnetischen Teilen 6,7 geführt wird.

Die konischen Ausdrehungen des Magnetankerr sind so gestaltet, daß in jeder Bewegungsphase ein auf den Hub bezogener leicht ansteigender Kraftverlauf eintrat. Durch beide Ausdrehungen weist der Magnetanker im Vergleich zu anderen Konstruktionen eine geringere Masse vind Impulswirkung auf.

Die beiden Magnetkiuise mit den Erregerwicklungen 10 und 11 sind über das Flußleitstück 4 und über den Magnetanker 1 gekoppelt.

Die Erregerwicklung 11 ist gegenüber der Erregerwicklung 12 wegen der geringeren erfordorlichen Magnetkraft in der Diastole mit weniger Drahtwindungen versehen. Durch die Auodre'nungen im Anker ergibt sich ein Frelrau-,η für die Anordnung der Lichtschranken 8.1 bis 8.10. Diese bestehen aus jeweils einem Infrarotsender und einem IR-Empfängerelement und, sind im nichtmagnetischen Deckel 9, der teilweise in den Magnetanker hineinragt, in versetzten Bohrungen angeordnet und dadurch in den Antrieb integriert.

Im Ausführungsbeispiel wird die aus dem Druckplattenventrikel 14 ein- und austretende Luft durch gleichmäßige im Außenmantel 13 verteilte Nuten an diesem entlanggeleitet und kühlt damit einen Teil der Oberfläche des Doppelhubmagneten. Eine weitere Ausgestaltung sieht einen zusätzlichen Kühlmantel 12, der von Wasser durchströmt wird, vor.

Claims (2)

1. J Patentansprüche:

   1. Vorrichtung, insbesondere zjm Antrieb einer Assistblutpumpe, die als Druckplattenventrikel ausgebildet ist, unter Verwendung eines Doppelhubmagneten, dessen Maqnetanker direkt mit der Druckplatte verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Magnetanker (1) mit zylindrischem Außenmantel von beiden Stirnseiten her konisch ausgespart ist und am Außenmantel durch eine dünne Gleitschicht (2) aus nichtmagnetischem Material, vorzugsweise Polytetrafluoräthylen, beschichtet ist und der durch die Flußleitstücken (3,4,5) und die dazwischen liegenden nichtmagnetischen Teile (6,7) gebildete Spulenkörper mit einer durchgehenden zentrischen zylindrischen Bohrung versehen ist, in der der Magnetanker (1) beweglich angeordnet ist und bezüglich einer Kante eines mit dem beweglichen Magnetanker verbundenen zentrisch angeordneten nichtmagnetischen Stiftes (1.2) n, vorzugsweise 10, in Bewegungsrichtung in gleichen Abständen versetzte Lichtschranken (8.1. ...8.n), bestehend aus jeweils einem Sender- und Empfängerelement, die sich gegenüberstehen, angeordnet sind.
2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Außenmantel des Doppelhubmagneten von einem Kühlmantel (12) umgeben ist.

   Hierzu 1 Seite Zeichnung
   Anwendungsgebiet der Erfindung