DE10020546C2 - Antriebsvorrichtung für einen künstlichen Ventrikel - Google Patents

Abstract

Es wird eine Antriebsvorrichtung für einen künstlichen Ventrikel zur Blutkreislaufunterstützung mit einem Arbeitsfluid mit einem Arbeitsraum zur Verfügung gestellt, was dadurch erreicht wird, dass das Arbeitsfluid eine hydraulische Flüssigkeit ist und der Arbeitsraum (2) an einen von dem Antriebsmotor (3) angetriebenen Hubmechanismus angrenzt, welcher einen in seinen Endlagen veränderbaren Hub aufweist, der Arbeitsraum (2) von einem Zylinder (5) und einem Hubkolben (6) gebildet ist, wobei der Hubkolben (6) mit dem Hubmechanismus gekoppelt ist und der aus einem Antriebsmotor (3) und einer fest damit verbundenen Arbeitsspindel (7) besteht, auf der ein Schlitten (8) längs verfahrbar angeordnet ist, an dem der Hubkolben (6) befestigt ist, wobei die Beschleunigung des Arbeitsfluids während eines Arbeitshubes des Hubkolbens (6) in Abhängigkeit von der vorher bestimmbaren Drehbeschleunigung des Antriebsmotors (3) variabel einstellbar ist.

Description

Die Erfindung geht aus von einer Antriebsvorrichtung für einen künstlichen Ventrikel gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruches, wie sie aus der DE 42 21 379 A1 bekannt ist.

Antriebsvorrichtungen für künstliche Ventrikel, die in der Regel als Membranpumpen ausgebildet sind, weisen den Nachteil auf, dass insbesondere bei Kindern und Jugendlichen zur Überbrückung der Zeit bis zu einer Herztransplantation mit einem solchen Kreislaufunterstüt­ zungssystem kein Einfluss auf das Schlagvolumen des Ventrikels genom­ men werden kann, da die bekannten Ventrikel in einer Betriebsart be­ nutzt werden, in der sie jeweils von einer vollständigen Füllung (full) im­ mer zu einer kompletten Entleerung (empty) gebracht werden müssen (Full-Empty-Modus). Das Schlagvolumen ist daher konstant und kann nicht an die aktuellen Bedürfnisse der Patienten angepasst werden, was bei einer längeren Überbrückungszeit von einigen Wochen oder Mona­ ten insbesondere bei Säuglingen oder Kleinkindern erforderlich ist. Da eine Membranpumpe bei einem Einsatz in herkömmlichen Geräten in dem so genannten Full-Empty-Modus betrieben werden muss, kann die zu pumpende Blutmenge nur über die Frequenz bestimmt werden, die gegenüber der Herzfrequenz eines Kleinkindes jedoch erheblich redu­ ziert ist. Der Körper eines Menschen reagiert auf eine solche Situation zumeist regulativ mit einer Steigerung des Blutdruckes, was jedoch zu ei­ ner unnötig hohen Belastung durch überhöhte Spitzendrücke des Gefäß­ systems führt.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Antriebsvorrichtung für einen künstli­ chen Ventrikel zur Blutkreislaufunterstützung zur Verfügung zu stellen, die die Einstellung des Schlagvolumens ermöglicht und den aktuellen Be­ dürfnissen der jeweiligen Patienten angepasst werden kann.

Diese Aufgabe wird mit dem Gegenstand des Anspruchs 1 gelöst.

Dadurch, dass als Arbeitsfluid eine hydraulische Flüssigkeit verwandt wird, lässt sich die Regelung der Pumpleistung bzw. des zeitlichen Verlaufs der Pumpaktion in Abhängigkeit von Vor- oder Nachlast in idealer Weise ver­ wirklichen. Auch die mechanische Beanspruchung des Ventrikels lässt sich damit auf ein notwendiges Maß begrenzen. Der in seinem Hubvolumen veränderbare Arbeitsraum ermöglicht es, einen Ventrikel in einem so ge­ nannten Filled-Empty-Modus zu betreiben, in dem ein Ventrikel nicht voll­ ständig, sondern nur teilweise gefüllt (filled), aber vollständig wieder ent­ leert (empty) werden kann. Weiterhin kann der Betrieb pulsatorisch erfol­ gen, das heißt, es können hohe Herzfrequenzen bei geringem Hubvolu­ men erzeugt werden, sodass das Schlagvolumen ideal auf den Kreislauf eines Menschen, insbesondere Säuglings oder Kleinkinds angepasst wer­ den kann. Dieser Vorteil bietet insbesondere die Option, beide Parameter, Schlagvolumen oder Herzfrequenz, im Verlauf einer längeren zu überbrü­ ckenden Wartephase auf ein Spenderherz den jeweiligen speziellen Ge­ gebenheiten anzupassen. Ein solcher, im Filled-Empty-Modus betriebener Ventrikel beliebiger Bauart wird dabei zur Vermeidung von Thromben auch aus einem jeweils nur teilweise gefüllten Zustand (filled) am Ende der Systole stets wieder vollständig entleert (empty).

Der Arbeitsraum wird von einem Zylinder und einem Hubkolben gebildet, wobei der Hubkolben mit einem Hubmechanismus gekoppelt ist. Mit einem solchen System las­ sen sich pro Pumpzyklus auch geringe Flüssigkeitsmengen mit hohem Wirkungsgrad zyklisch beschleunigen und wieder abbremsen, sodass bei einem Ventrikelunterstützungssystem für Kinder ein Herzzeitvolumen von bis zu 2 Liter pro Minute ohne Schwierigkeiten gefördert werden kann.

Die Änderung der Menge des bewegten Arbeitsfluids wird dadurch erzeugt, dass der Antriebsmotor mit einer Arbeitsspindel verbunden ist, auf der ein Schlitten längs verfahrbar gelagert ist, an dem der Hubkolben befestigt ist. Über die Umdrehungszahl der Arbeitsspin­ del lässt sich damit der Hub des Hubkolbens beeinflussen.

Zur Regelung sind im Verfahrweg des Schlittens Lichtschranken oder an­ dere elektrische oder mechanische Kontaktgeber installiert, sodass über eine einfache Dateneingabe in eine Regelungselektronik das Schlagvo­ lumen eingestellt oder geändert werden kann. Um eine größtmögliche Betriebssicherheit der Antriebsvorrichtung zu gewährleisten, können auch mehrere Kontakte und Logikabfragen in der Regelungselektronik vorge­ sehen werden.

Die Unteransprüche geben Ausführungsarten der Erfindung an.

Vorteilhaft ist die Anordnung eines Reservoirs für das Arbeits­ fluid, welches über Verbindungsleitungen und ein zwischengeschaltetes Ventil mit dem Arbeitsraum der Antriebsvorrichtung verbunden ist, so­ dass eine schnelle und einfache Kopplung der Antriebsvorrichtung an einen Ventrikel erfolgen kann.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Arbeitsvorrichtung ist deren Antriebsmotor als Schrittmotor ausgebildet, sodass der Hub und die Hubgeschwindigkeit unmittelbar durch die Ansteuerung des Schritt­ motors eingestellt werden können. Bei dieser vorteilhaften Verwendung eines Schrittmotors als Antriebsmotor lässt sich über dessen elektronische Ansteuerung weiterhin die Art und Weise der Beschleunigung des Hub­ kolbens und damit des Arbeitsfluids vorherbestimmen, sei es durch eine lineare oder exponenzielle Drehbeschleunigung des Antriebsmotors. Somit lässt sich die Antriebsvorrichtung noch besser an die physiologi­ schen Bedingungen anpassen. Eine solche Anpassung könnte ebenfalls durch eine über einen Hub wechselnde Steigung der Arbeitsspindel er­ reicht werden.

Bei einer anderen vorteilhaften Variante der Antriebsvorrichtung wird der Arbeitsraum von einer elastischen Membran begrenzt, an deren Außen­ seite der Hubmechanismus angeordnet ist, sodass auch eine mit einer Membranpumpe versehende Antriebsvorrichtung mit variablem Hub und variabler Hubfrequenz ausgebildet werden kann.

Nachfolgend ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung näher beschrieben. Es zeigt:

Fig. 1 eine Antriebsvorrichtung für einen künstlichen Ventrikel zur Blutkreislaufunterstützung.

Die Antriebsvorrichtung 1 besteht im Wesentlichen aus einem Gehäuse 14, an das ein Antriebsmotor 3 angeflanscht ist, welcher über eine Kupplung 15 fest mit einer Arbeitsspindel 7 verbunden ist, auf der ein Schlitten 8 längs verschieblich gelagert ist, an dem ein Hubkolben 6 an­ geordnet ist, der sich in einen Zylinder 5 erstreckt, wobei der Hubraum den Arbeitsraum 2 bildet, welcher mit einem Arbeitsfluid gefüllt ist, wei­ ches aus einem Reservoir 9 über Verbindungsleitungen 10 und ein Ventil 11 eingelassen werden kann. Dem Arbeitsraum 2 schließt sich ein An­ schluss 4 für das Aufsetzen von Verbindungsleitungen eines Ventrikels an.

Im Gehäuse 14 der Antriebsvorrichtung 1 sind Lichtschranken 12 und Grenzwertschalter 13 angeordnet, die der Lagebestimmung des Schlit­ tens 8 und als Sicherheitsendschalter dienen.

Claims (7)

1. Antriebsvorrichtung für einen künstlichen Ventrikel zur Blutkreislaufun­ terstützung, mit einem Arbeitsfluid in einem Arbeitsraum (2), der ein von einem Antriebsmotor (3) periodisch zwischen zwei Extremlagen wech­ selndes Arbeitsvolumen und einen Anschluss für Verbindungsleitungen (10) zu einem als Membranpumpe ausgebildeten Ventrikel aufweist, da­ durch gekennzeichnet, dass das Arbeitsfluid eine hydraulische Flüssig­ keit ist und der Arbeitsraum (2) an einen von dem Antriebsmotor (3) angetriebenen Hubmechanismus angrenzt, welcher einen in seinen Endlagen veränderbaren Hub aufweist, der Arbeitsraum (2) von ei­ nem Zylinder (5) und einem Hubkolben (6) gebildet ist, wobei der Hubkolben (6) mit dem Hubmechanismus gekoppelt ist und der aus einem Antriebsmotor (3) und einer fest damit verbundenen Arbeits­ spindel (7) besteht, auf der ein Schlitten (8) längs verfahrbar ange­ ordnet ist, an dem der Hubkolben (6) befestigt ist, wobei die Be­ schleunigung des Arbeitsfluids während eines Arbeitshubes des Hub­ kolbens (6) in Abhängigkeit von der vorher bestimmbaren Drehbe­ schleunigung des Antriebsmotors (3) variabel einstellbar ist.

2. Antriebsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass an ihr ein Reservoir (9) für die hydraulische Flüssigkeit angeordnet ist, welches über Verbindungsleitungen (10) und ein zwischengeschaltetes Ventil (11) mit dem Arbeitsraum (2) verbunden ist.

3. Antriebsvorrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, dass im Verfahrweg des Schlittens (8) Licht­ schranken (12) zu dessen Lagebestimmung angeordnet sind.

4. Antriebsvorrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, dass in den Endbereichen eines möglichen Verfahrweges des Schlittens (8) zwei Grenzwertschalter (13) vorgese­ hen sind.

5. Antriebsvorrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, dass der Antriebsmotor (3) als Schrittmotor ausgebildet ist und die Antriebsvorrichtung eine Regelungselektronik für diesen aufweist.

6. Antriebsvorrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, dass die Hubfrequenz unabhängig von dem Hubvolumen veränderbar ist.

7. Antriebsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Arbeitsraum (2) von einer elastischen Membran begrenzt wird, an deren Außenseite der Hubmechanismus angeordnet ist.