DD264380A1 - METHOD AND DEVICE FOR DRIVING AN ASSIST BLOOD PUMP - Google Patents
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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. 1The invention relates to a device, in particular for driving an extracorporeally usable blood pump, in an assistsystem, z. B. as left heart bypass, use should find. The invention has for its object to provide a compact, reliable, impulsive and geraeuscharmen electromagnetic linear actuator, which is triggered pulse-triggered, cyclic and energy-optimal. According to the invention, the double-stroke magnet used has a characteristic-influencing magnet armature geometry, a direct armature guide and an integrated measuring system. With regard to a moving edge, n light barrier arrangements are arranged for detecting the magnet armature position. The control of the exciter windings of Doppelhubmagneten is defined as a function of reaching the fixed by any photoelectric armature positions anchor positions and freely programmable. 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.The invention relates to a device, in particular for the drive of an extracorporeally usable blood pump, which preferably in an assists z. B. should be used as Linksherzbypaß use.
Darüber hinaus ist die Vorrichtung vielseitig für zyklische Bewegungsaufgaben mit variierbarem Hub einsetzbar.In addition, the device is versatile for cyclic motion tasks with variable stroke used.
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./.Assisted blood pumps serve to support the natural heart function and are z. B. used as a left or right heart bypass. Accordingly, their activation usually takes place as a function of information of the circulatory system (ECG, triggering, etc.).
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.For use in Assiütr.ystemon, primarily pneumatically or hydraulically driven diaphragm pumps, e.g. used as diaphragm or bag vents. Such blood pumps are described inter alia in the patents DE OS 2730933, DE OS 2557475, DE OS 2619293, DE OS 2710269, DE OS 2707951, US 3874002. The drive units of these blood pumps are relatively large and do not form a constructive unit with the blood pump.
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).Alternatively, electromechanical AfV.riebe be used to drive Assistblutpuinpen acting on pressure-plate mechanisms on the blood-displacing membrane. The drive takes place in the known solutions, however, me t via a plurality of transmission elements that serve the motion conversion and force translation (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.With the number of these transmission elements, both the overall efficiency and the reliability tend to decrease. A linear drive using a linear stepping motor is described as a variant in the published patent application DE 3342534.
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.The common disadvantage of these and lessener variants of electromechanically powered Assistblutpumpen is the lossy Enorgie or motion conversion to produce a linear movement of the membrane. In patent specification DO f> 39723, a B'ut pump with characteristics-influenced electromagnets is cited as a variant, which is suitable for Assi U purposes and has a compact design. However, since electromagnets can only produce forces in one direction, this does not allow for an active, definable, adjustable filling phase (diastole) of the blood pump.
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.To realize a desired force-displacement characteristic of the drive magnet, the armature counterpart on a defined cross-sectional distribution in the direction of movement, while the armature is designed as a compact cylindrical body and caused by its own mass in the movement of a noticeable impulse to the blood pump.
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.Another disadvantage of this and other solutions is that without coupling of non-integrable measuring systems no information about the current diaphragm position is present and can be supplied to a control unit. This lacks important information about the theoretical stroke volume of the pump, which are of importance for use in an assistsystem.
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.Since linear drives and in particular electromagnets in conjunction with Assistblutpumpen currently hardly used, known devices are optimized according to other criteria and not adapted to the particular conditions of the ECG-triggered pumping operation.
Ziel der Erfindung ist es, die Vorrichtung, insbesondere zum Antrieb einer flexibel extrakorporal einsetzbaren Assistblutpumpe zu schaffen.The aim of the invention is to provide the device, in particular for driving a flexible extracorporeally applicable Assistblutpumpe.
Als Alternative zu bekannten technischen Lösungen soll der verwendete Linearantrieb energieoptimal angesteuert werden, einfach aufgebaut sein und gemeinsam mit der Assistbiutpumpe eine Kompakteinheit bilden.As an alternative to known technical solutions, the linear drive used should be energy-optimally controlled, be simple in design and form a compact unit together with the Assistbiutpumpe.
Durch die Vorrichtung soll eine gute Anpassung der Pumpfunktion an die physiologischen Bedingungen erreicht und damit neue Therapiemöglichkeiten erschlossen werden.By means of the device, a good adaptation of the pumping function to the physiological conditions is to be achieved, and thus new therapeutic options are to be developed.
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.The invention is based on the technical object of providing the device for driving an assisted blood pump, wherein the drive should be ECG-triggered and energy-optimally controllable in accordance with the physiological requirements.
Antrieb und Assistblutpumpe sollen eine zuverlässige und kompakte Einheit bilden und einschließlich tragbarer elektronischerDrive and assisted blood pump are intended to form a reliable and compact unit and including portable electronic
Steuereinrichtung flexibel einsetzbar sein.Control device can be used flexibly.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung soll einfach aufgebaut, mit der Assistblutpumpe gut koppelbar sein und in Funktion nur eine geringe Geräuschentwicklung und impulsarme Bewegungsübertragung aufweisen.The device of the invention should be simple in construction, well coupled with the assisted blood pump and have in function only a low noise and low-pulse motion transmission.
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.For driving the assisted blood pump, which is designed as a pressure plate ventricle, a double-stroke magnet with microcomputer-integrated electronic control device is used. The magnet armature is connected directly to the pressure plate of the pressure plate ventricle. The Doppelhubmagnet is driven cyclically depending on a trigger signal (ECG or pulse generator), a Stouerzyklus consists of pressure and suction phase (systole and diastole).
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.The Doppelhubmagnet is composed, as is well known, of two magnetic cores, which are closed by the armature. It has two, for the systolic advancing movement and for the diastolic return movement of the membrane by the control device separately controllable exciter windings.
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.According to the invention, the magnet armature, which has a cylindrical outer jacket, is recessed conically from both end faces. As a result of this measure, the magnet stroke and a force curve adapted to the opposing force to be overcome, based on the magnet stroke, are determined in both phases of movement. The armature is on the outer shell by a thin sliding layer of non-magnetic material, preferably polytetrafluoroethylene or brass, coated and movably arranged in the bobbin formed by the Flußleitstücken and the intermediate non-magnetic parts, which has a continuous central bore.
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.Due to the special magnet armature training and leadership occurs over the commonly used constructions a significant mass and pulse reduction and a reduction of magnetic bearing friction.
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.With respect to an edge of a centrally arranged nonmagnetic pin connected to the movable magnet armature, there are arranged n, preferably 10, photocells offset at equal intervals in the direction of movement, each consisting of a transmitter and receiver element facing each other. As a result, the magnetic anchoring in η discrete steps can be detected.
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.The light barriers 1 to η change their signal level in the corresponding positions of the armature armature or of the diaphragm, which is evaluated by the electronic control device and included in the drive algorithm of the two exciter windings.
Die Endlagenstellung des Magnetankers sind softwaregemäß durch zwei beliebige Lichtschranken festgelegt.The end position of the magnet armature are determined by software by any two light barriers.
Die Umsteuerung der Erregerspulen erfolgt in Abhängigkeit vom Erreichen dieser Endlagenstellungen oder nach einem festgelegten Zeitregime.The reversal of the excitation coils takes place as a function of reaching these end positions or according to a defined time regime.
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.The guideway of the magneto-cone has no mechanical limits within the range defined by the light barriers 1 and η and has hard stops that can cause noise nuisance. The guideway of the magnet armature is open in the direction of the pressure plate ventricle. This measure ensures a good mounting and dismounting of Doppelhubmagnet and Druckplattenventrikel. By controlling the excitation windings with stored voltage or Stiom-time functions, a further energy-optimal adjustment of the magnetic force to the load characteristic (back pressure) is possible in addition to the characteristic-influencing geometric design of the armature.
Für höhere Belastungen des Doppelhubinagneten ist eine Kühlunq em Außenmantel durch innerhalb eines Kühlmantels strömendes Wasser vorgesehen.For higher loads of Doppelhubinagneten Kühlunq em outer jacket is provided by flowing within a cooling jacket water.
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.The device according to the invention for driving an assisted blood pump is extremely simple in comparison with other known solutions, is therefore very reliable, has a long service life, a mass-power ratio which is sufficiently good for extracorporeal use and is very easy to control.
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.The invention will be explained below using an exemplary embodiment. The drawing shows in Figure 1 an Echematische sectional view of the realized device for driving an assisted blood pump. The Doppclhubmagnet used as electromagnetic linear actuator for the membrane 14.1 of Druckplattenveritrikels 14 is controlled by a portable electronic control device with integrated microcomputer. In addition to the microcomputer, the control unit also includes various power supply units, a special power output stage for controlling the excitation windings 10 and 11 with current injection, and special hardware electronics for the realization of additional functions.
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.The magnet armature position is detected by 10 light barriers. As a result, the diaphragm position at a maximum of 15mm determines the instantaneous diaphragm position with an error of 10%.
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.This accuracy is ί for it 'bareTrer Jberechnungen such. B. for determining the theoretical flow rate, in most cases sufficient. All changes in the function of the drive, such as switching from ECG triggering to internal triggering or changing the display, are initiated via the keyboard and signaled accordingly by the display.
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.The inventive device of Figure 1 has a special feature on a cylindrical outer shell by a 250 micron thick sliding layer of brass surrounded magnet armature, which is turned out conically from both ends, inside and without guide rods directly in the inside ground flux guide 3,4,5 and the intermediate non-magnetic parts 6,7 is performed.
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.The conical turns of Magnetankerr are designed so that in each phase of movement related to the stroke slightly increasing force course occurred. By both turns, the armature in comparison to other constructions on a lower mass vind impulse action.
Die beiden Magnetkiuise mit den Erregerwicklungen 10 und 11 sind über das Flußleitstück 4 und über den Magnetanker 1 gekoppelt.The two Magnetkiuise with the exciter windings 10 and 11 are coupled via the flux guide 4 and the armature 1.
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.The excitation winding 11 is provided opposite the exciter winding 12 because of the lower magnetic force required in the diastole with less wire windings. The Auodre'nungen in the anchor results in a Frelrau-, η for the arrangement of the light barriers 8.1 to 8.10. These consist in each case of an infrared transmitter and an IR receiver element and, in the non-magnetic lid 9, which partially protrudes into the magnet armature, are arranged in staggered bores and thereby integrated into the drive.
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.In the exemplary embodiment, the air entering and exiting from the printing plate ventricle 14 is guided along this by uniform grooves distributed in the outer jacket 13 and thus cools part of the surface of the double-stroke magnet. Another embodiment provides an additional cooling jacket 12, which is traversed by water before.
Claims (2)
Anwendungsgebiet der ErfindungFor this 1 page drawing
Field of application of the invention
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DD30804187A DD264380B1 (en) | 1987-10-19 | 1987-10-19 | DEVICE FOR CONTROLLING THE DRIVE OF AN ASSIST BLOOD PUMP |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DD30804187A DD264380B1 (en) | 1987-10-19 | 1987-10-19 | DEVICE FOR CONTROLLING THE DRIVE OF AN ASSIST BLOOD PUMP |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DD264380A1 true DD264380A1 (en) | 1989-02-01 |
| DD264380B1 DD264380B1 (en) | 1991-10-02 |
Family
ID=5593140
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| DD30804187A DD264380B1 (en) | 1987-10-19 | 1987-10-19 | DEVICE FOR CONTROLLING THE DRIVE OF AN ASSIST BLOOD PUMP |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| DD (1) | DD264380B1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2011018244A1 (en) | 2009-08-13 | 2011-02-17 | Berlin Heart Gmbh | Pump device having a drive device for the piston of a fluid pump |
-
1987
- 1987-10-19 DD DD30804187A patent/DD264380B1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2011018244A1 (en) | 2009-08-13 | 2011-02-17 | Berlin Heart Gmbh | Pump device having a drive device for the piston of a fluid pump |
| EP2295798A1 (en) | 2009-08-13 | 2011-03-16 | Berlin Heart GmbH | Drive device for the piston of a fluid pump |
| DE202010017609U1 (en) | 2009-08-13 | 2012-07-10 | Berlin Heart Gmbh | Pump device with a drive device for the piston of a fluid pump |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| DD264380B1 (en) | 1991-10-02 |
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