DE102005045597A1

DE102005045597A1 - In den menschlichen oder tierischen Körper implantierbare Pumpvorrichtung sowie Pumpeinrichtung umfassend eine solche Pumpvorrichtung

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Publication number: DE102005045597A1
Application number: DE102005045597A
Authority: DE
Inventors: Klaus Abraham-Fuchs; Rainer Dr. Graumann; Rainer Kuth; Johannes Dr. Reinschke; Sebastian Dr. Schmidt
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens Healthcare GmbH
Priority date: 2005-09-23
Filing date: 2005-09-23
Publication date: 2007-04-12
Anticipated expiration: 2025-09-24
Also published as: DE102005045597B4; WO2007033933A1

Abstract

In den menschlichen oder tierischen Körper implantierbare Pumpvorrichtung zum Pumpen einer Flüssigkeit, insbesondere von Blut, wobei sie wenigstens ein mit einem externen veränderlichen Magnetfeld (H¶ext¶) wechselwirkendes Element (7, 21, 28) aufweist und derart ausgebildet ist, dass durch Wechselwirkung des Elements (7, 21, 28) mit dem Magnetfeld (H¶ext¶) eine eine Pumpwirkung erzielende Bewegung eines mit dem Element (7, 21, 28) verbundenen Einrichtungsteils (4, 20, 27) erwirkbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine in den menschlichen oder tierischen Körper implantierbare Pumpvorrichtung zum Pumpen einer Flüssigkeit, insbesondere von Blut.

Implantierbare Pumpvorrichtungen der beschriebenen Art kommen beispielsweise zur Kreislaufunterstützung bei einer akuten Pumpschwäche des Herzens zum Einsatz, um die Pumpaktivität zeitweilig (einige Stunden bis Tage) durch die Pumpvorrichtung zu unterstützen. Bekannt sind intrakorporal zu positionierende Pumpvorrichtungen, die entweder über eine biegsame Welle oder über einen integrierten Elektromotor mit einer nach außen geführten Kabelverbindung angetrieben beziehungsweise gesteuert werden. In beiden Fällen ist eine Verbindung der Pumpvorrichtung nach außerhalb des Körpers erforderlich, was das Infektionsrisiko für den Patienten erhöht.

Neben den über eine nach außen geführte Antriebs- oder Steuerverbindung betriebenen Pumpvorrichtungen sind auch implantierbare Pumpen bekannt, die eine integrierte Stromversorgung aufweisen, das heißt, diese Pumpvorrichtung enthält eine Batterie oder einen Akkumulator, über den der integrierte Elektromotor betrieben wird. Diese Art von Pumpvorrichtung ist jedoch, nachdem eine Vielzahl von Einzelteilen benötigt wird, relativ aufwändig konzipiert und folglich teuer, so dass sie sich insbesondere für eine kurzzeitige Unterstützung beispielsweise des Herzens nicht eignet. Daneben kann die integrierte Stromversorgung nur für eine relativ begrenzte Zeit genutzt werden.

Der Erfindung liegt damit das Problem zugrunde, eine Pumpvorrichtung anzugeben, die im Aufbau einfach ist und ohne inter ne Stromversorgung oder nach außen geführte Versorgungs- oder Steuerleitungen betrieben werden kann.

Zur Lösung dieses Problems ist bei einer Pumpvorrichtung der eingangs genannten Art erfindungsgemäß vorgesehen, dass sie wenigstens ein mit einem externen veränderlichen Magnetfeld wechselwirkendes Element aufweist und derart ausgebildet ist, dass durch Wechselwirkung des Elements mit dem Magnetfeld eine eine Pumpwirkung erzielende Bewegung eines mit dem Element verbundenen Einrichtungsteils erwirkbar ist.

Der Betrieb der erfindungsgemäßen Pumpvorrichtung erfolgt durch Wechselwirkung eines an einem beweglichen Einrichtungsteil angeordneten magnetischen oder magnetisierbaren Elements mit einem extern erzeugten, veränderlichen Magnetfeld. Über das veränderliche Magnetfeld kann, je nach Ausgestaltung der Pumpvorrichtung, worauf nachfolgend noch eingegangen wird, ein Drehmoment oder eine Kraft auf das Element und über dieses auf das entsprechende Einrichtungsteil ausgeübt werden, so dass dieses Einrichtungsteil bewegt werden kann, wodurch die Pumpwirkung erreicht wird.

Bei der erfindungsgemäßen Pumpvorrichtung kommen folglich keine nach außen zu führende Steuer- oder Versorgungsleitungen zum Einsatz, nachdem für den Betrieb der Pumpe ausschließlich die Magnetfeldwechselwirkung genutzt wird. Auch ist eine integrierte Energie- oder Stromversorgung nicht erforderlich, nachdem für den Pumpbetrieb kein vorrichtungsseitig integrierter elektrischer Verbraucher benötigt wird. Infolgedessen kann die Pumpvorrichtung im Aufbau einfach gehalten werden, was sich vorteilhaft auf die Gestehungskosten auswirkt, so dass die erfindungsgemäße Pumpvorrichtung auch für Kurzzeiteinsätze verwendet werden kann. Auch ist mit ihrem Einsatz keine Infektionsgefahr für den Patienten gegeben, nachdem keine nach außen geführten Leitungen etc. vorgesehen sind.

Der Einsatz einer solchen erfindungsgemäßen Pumpvorrichtung kann unterschiedlicher Natur sein. Zum einen kann hierüber wie bereits beschrieben Blut gepumpt werden, um die Herztätigkeit zu unterstützen. Denkbar ist aber auch der Transport von venösem Blut, um z.B. Abflussbehinderungen zu überwinden. Auch ein Transport von Lymphflüssigkeit ist denkbar, wie auch ein Transport von Liquor, z.B. durch Integration der Pumpvorrichtung in einen ventrikuloperitonealen Shunt. Möglich ist weiterhin der Transport von intraokularer Flüssigkeit von der Hinterkammer in die Vorderkammer oder von der Vorderkammer in den Schlemm'schen Kanal. Besonders vorteilhaft wäre hierfür die Möglichkeit, durch Pumpen einen Druckgradienten zu erzeugen, der hilft, in diesem Bereich häufig auftretende Verstopfungen zu vermeiden. Ein weiteres Anwendungsgebiet ist die Tumortherapie. Über eine entsprechend ausgeführte Pumpeinrichtung kann der Zufluss und Abfluss von Blut in und aus dem Tumor kontrolliert werden, womit die Wirksamkeit einer Chemotherapie lokal deutlich gesteigert werden kann, in dem z.B. der venöse Blutstrom durch Kompression des Gefäßes so reduziert wird, dass das Chemotherapeutikum länger im Zielorgan verbleiben kann. Über eine ähnliche Einrichtung kann der Durchfluss in künstlich angelegten Shunts gesteuert werden. Dies ist z. B. vorteilhaft bei portosystemischen Shunts, bei denen ein zu geringer Blutdurchfluss die Umgehungswirkung des Shunts zunichte macht, während ein zu großer Durchfluss die Filterwirkung der Leber ausschaltet und zu einer zu geringen Elimination von Giftstoffen aus dem Blut führt. Je nach Einsatzzweck einer solchen Pumpvorrichtung kann diese unterschiedlich ausgestaltet sein, worauf nachfolgend eingegangen wird. Auch das extrakorporale Magnetsystem ist typischerweise anwendungsspezifisch gestaltet und insbesondere so geometrisch klein wie möglich.

Nach einer ersten Erfindungsausgestaltung kann die Pumpvorrichtung in ein Hohlorgan einzusetzen sein, also beispielsweise in ein Gefäß. Eine solche Pumpvorrichtung weist einen in einem Einrichtungsgehäuse drehbar gelagerten Impeller auf, an dem das Element angeordnet ist, oder der selbst das Element bildet, also aus einem permanentmagnetischen Material, das mit einem biokompatiblen Überzug beschichtet ist, besteht. Als ein solches Element kann beispielsweise ein Permanentmagnet oder ein magnetisierbares weichmagnetisches Element verwendet werden, das mit dem in diesem Fall zur Impellerrotation drehenden externen Magnetfeld zusammenwirkt. Je nach Drehgeschwindigkeit des externen Feldes kann die Rotationsgeschwindigkeit des Impellers variiert werden, worüber zwangsläufig auch der Durchfluss durch die Pumpvorrichtung variiert werden kann. Bei dieser Ausgestaltung wird also durch das rotierende Magnetfeld ein entsprechendes Drehmoment auf den Impeller oder Rotor ausgeübt und dieser in Rotation versetzt. Ein Magnetsystem, das generell im Rahmen der vorliegenden Erfindung zum Wechselwirken mit dem vorrichtungsseitig integrierten Element verwendet werden kann, ist beispielsweise in DE 101 42 253 C1 im Zusammenhang mit einer gastroenterologisch anzuwendenden Endoskopiekapsel beschrieben.

Für bestimmte Anwendungen kann es von Vorteil sein, den Impeller im Bedarfsfall zu arretieren, wozu erfindungsgemäß eine gehäuseseitige Arretiereinrichtung vorgesehen sein kann. Eine solche Arretiereinrichtung kann beispielsweise derart ausgebildet sein, dass der Impeller durch Verändern des Magnetfelds in eine Arretierposition, in welcher er nicht drehbar ist, bewegbar ist. Hierzu kann beispielsweise die Achse des Impellers über eine axiale und/oder radiale Bewegung des Impellers, gesteuert über das externe Magnetfeld, in eine Arretierhalterung, insbesondere eine Arretiernut eingeführt werden. Zur Aufhebung der Arretierung ist das Magnetfeld in entsprechend umgekehrter Weise zu verändern, so dass die Impellerachse wieder aus ihrer Arretierhalterung herausbewegt wird und die Drehposition einnimmt. Zum Überführen in die Arretierhalterung ist beispielsweise eine Drehung entgegen der Standarddrehrichtung, in der die gewünschte Pumpwirkung er zielt wird, bei gleichzeitigem axialen Bewegen in Achslängsrichtung denkbar.

Alternativ zur beschriebenen Arretierung des Impellers gesteuert über das veränderbare Magnetfeld ist es auch denkbar, dass die Arretiereinrichtung ein über das oder ein weiteres externes Magnetfeld betätigbares bewegliches Arretierelement umfasst. Denkbar ist hier beispielsweise ein Stellzapfen oder dergleichen, der gehäuseseitig vorgesehen ist und in einer Arretierstellung in den Bewegungsweg des Impellers greift, so dass dieser arretiert beziehungsweise gesperrt ist. Dieser Stellzapfen, der beispielsweise selbst ein magnetisches oder weichmagnetisches Element sein kann, wird über das externe Magnetfeld in seine Arretierposition bewegt beziehungsweise zum Freigeben des Impellers aus dieser in eine Ruheposition bewegt, wozu er beispielsweise schwenkbar oder linear in den Bewegungsweg einfahrbar am Gehäuse oder einer sonstigen Halterung gelagert ist. Zur Vermeidung, dass das Arretierelement versehentlich im Rahmen der Magnetfeldwechselwirkung während des Pumpbetriebs betätigt wird, kann das Arretierelement ein solches sein, das zum Bewegen in die Arretierstellung eine deutlich größere Feldstärke benötigt, als sie das externe Magnetfeld zum Drehen des Impellers aufweist.

Eine weitere Alternativausführung einer Arretiereinrichtung sieht vor, dass diese über ein gehäuseseitig integriertes, über eine integrierte Stromversorgung oder eine mittels einer gehäuseseitigen Induktionsspule bereitgestellten Stromversorgung betreibbares elektrisches Stellelement, insbesondere einen Elektromotor, bewegbares Arretierelement aufweist, wobei der Betrieb des Stellelements drahtlos oder über das oder ein externes Magnetfeld steuerbar ist. Bei dieser Ausgestaltung kommt zum Stellen des Arretierelements zwischen seiner Ruhe- und seiner Arretierposition ein elektrisches Stellelement wie beispielsweise ein Elektromotor zum Einsatz. Allein zum Betrieb dieses Elektromotors kann eine integrierte Stromversorgung vorgesehen sein, wobei – nachdem das Stellelement nur höchstselten betätigt werden muss – die gespeicherte Energie über einen relativ langen Zeitraum im Bedarfsfall vorhanden ist. Alternativ ist es auch denkbar, gehäuseseitig eine Induktionsspule vorzusehen, über die bei Bedarf über die Magnetfeldinduktion der zum Betrieb des Elektromotors benötigte Strom bereitgestellt wird. Damit dies nicht bereits im üblichen Pumpbetrieb, wenn also das Element mit dem externen veränderlichen Magnetfeld wechselwirkt, erfolgt, mithin also hierbei bereits versehentlich das Arretierelement bewegt wird, ist es zweckmäßig, wenn zum Induzieren des Betriebsstroms für das elektrische Stellelement ein von der Feldstärke her höheres externes Magnetfeld benötigt wird, verglichen mit dem Antriebs-Magnetfeld.

Kommt eine integrierte Stromversorgung zum Einsatz, über die das elektrische Stellelement betrieben wird, so ist der Betrieb des Stellelements ebenfalls drahtlos von außen her steuerbar, wozu beispielsweise ein entsprechender Empfänger im Gehäuse integriert ist, über den das elektrische Stellelement angesteuert werden kann, um das Arretierelement in die eine oder andere Stellung zu bewegen. Ein solcher Empfänger kann natürlich auch eingesetzt werden, wenn der Strom über die Induktionsspule bereitgestellt wird, um das Stellelement von außen beliebig anzusteuern.

Alternativ zur Ausgestaltung der Pumpvorrichtung als in das Innere eines Hohlorgans zu implantierende Rotationspumpe ist nach einer Erfindungsalternative vorgesehen, die Pumpvorrichtung manschettenartig auszugestalten, so dass sie um ein Hohlraumorgan herumgreifend zu setzen ist. Diese Pumpvorrichtung weist eine ein- oder mehrteilige, in jedem Fall zumindest abschnittsweise flexible Kunststoff-Hülle auf, an beziehungsweise in der einander im Wesentlichen gegenüberliegend zwei oder mehr Elemente, die mit dem externen veränderlichen Magnetfeld wechselwirken können, vorgesehen sind. Hier wird zur Erwirkung der Pumpwirkung die Pumpvorrichtung mit ihrer flexiblen Hülle deformiert, woraus eine Deformation des Hohl organs resultiert. Nachdem die mit dem Magnetfeld wechselwirkenden Elemente einander gegenüberliegen, werden sie folglich über das hier nicht zwingend rotierende, aber in seiner Richtung zyklisch umgeschaltete Magnetfeld aktiv bewegt und in ihrer Relativposition zueinander verändert, was dazu führt, dass der Querschnitt des Gefäßes abwechselnd verkleinert und vergrößert wird. Hieraus lässt sich eine Pumpwirkung erreichen, insbesondere, wenn mehrere solcher manschettenartigen Pumpvorrichtungen hintereinander angeordnet sind und der Reihe nach, also zeitlich versetzt, entsprechend angesteuert werden, so dass sich eine an der ersten Pumpvorrichtung vorgenommene Gefäßverengung über die einzelnen Pumpvorrichtungen fortsetzen lässt. Es ergibt sich also eine Art peristaltische oder wellenartige Pumpwirkung.

Eine solche Pumpwirkung kann aber nicht nur durch Verwendung mehrerer Pumpvorrichtungen, die hintereinander geschaltet sind, erzielt werden, vielmehr kann sie auch durch eine einzige Pumpvorrichtung realisiert werden, die hierzu beispielsweise über die axiale Länge der Pumpvorrichtung verteilt mehrere einander gegenüberliegende Elementpaare aufweist, die jedoch zueinander radial versetzt sind, so dass die jeweiligen Magnetisierungsrichtungen radial zueinander versetzt sind. Ein externes Magnetfeld übt in diesem Fall auf das Elementpaar, dessen Magnetisierung in Feldrichtung liegt, die größte Kraft aus, das heißt, in diesem Bereich wird die Hülle am stärksten deformiert, während mit ihren Magnetisierungen hierzu anders stehende Elementpaare eine geringere Kraft erfahren. Rotiert nun das Magnetfeld, so ändert sich die lokale Deformation der Hülle zwangsläufig, wobei die Deformation jeweils dort am größten ist, wo die Magnetisierungen der jeweiligen Elementpaare am besten bezüglich der Feldrichtung ausgerichtet sind. Beispielsweise können über die Länge der manschettenartigen Pumpvorrichtung sechs Elementpaare axial hintereinander, radial jeweils um 60° zueinander versetzt und damit schraubenförmig angeordnet sein. Ein rotierendes Magnetfeld bewirkt damit eine sich vom einen Ende der manschet tenartigen Pumpvorrichtung zum anderen fortsetzende Hüllendeformation. Mithin wird die im Hohlorgan befindliche Flüssigkeit zwangsläufig in Richtung der fortschreitenden Gefäßverengung gefördert.

Zweckmäßig ist es, wenn die Elemente über das Magnetfeld aktiv aufeinander zubewegbar sind und über wenigstens ein Rückstellelement bei einer Abschaltung oder Reduktion des Magnetfelds wieder auseinanderbewegbar sind. Das externe Feld dient also ausschließlich dazu, den Hüllenquerschnitt zu verkleinern. Bei abgeschaltetem Feld wird die Hülle wieder in ihre nicht deformierte Form mit einem größtmöglichen Querschnitt zurückgestellt, wozu als Rückstellelement bevorzugt eine Feder oder entsprechend mehrere Federn verwendet werden können. Diese Ausgestaltung ist zweckmäßig, da hierüber sichergestellt ist, dass bei abgeschaltetem Magnetfeld die Pumpvorrichtung stets geöffnet ist, mithin also auch das Hohlorgan stets offen ist.

Eine weitere vorteilhafte Erfindungsausgestaltung sieht vor, wenigstens einen drahtlos mit einer Empfangseinrichtung kommunizierenden Druck-, Impeller-Drehwinkel- und/oder Durchflusssensor vorzusehen. Über diesen Sensor kann beispielsweise bei einer Rotationspumpe der Durchfluss gemessen werden, so dass die Pumpwirkung kontrolliert und das das Magnetfeld erzeugende Magnetsystem gegebenenfalls entsprechend angesteuert werden kann, sofern eine Veränderung des Pumpbetriebs erforderlich ist. Bei einer manschettenartigen Pumpvorrichtung, bei der die zu pumpende Flüssigkeit nicht unmittelbar durch die Pumpvorrichtung fließt, kann eine entsprechende Information durch Messen des Drucks, den das über die Pumpvorrichtung zu verengende Hohlorgan auf den Sensor ausübt, erfasst werden.

Neben der Pumpvorrichtung selbst betrifft die Erfindung ferner eine Pumpeinrichtung, umfassend eine solche Pumpvorrich tung, sowie eine Einrichtung zum Erzeugen eines veränderlichen Magnetfelds zum Betreiben der Pumpvorrichtung.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispielen sowie anhand der Zeichnungen. Dabei zeigen:
1 eine Prinzipdarstellung einer erfindungsgemäßen Pumpeinrichtung einer ersten Ausführungsform im Schnitt,
2 eine Prinzipdarstellung einer erfindungsgemäßen Pumpeinrichtung einer zweiten Ausführungsform im Schnitt,
3 eine Aufsicht auf die Pumpeinrichtung aus 3,
4 eine weitere erfindungsgemäße Ausführungsform einer Pumpeinrichtung ähnlich der Einrichtung aus 3, und
5 eine Seitenansicht der Pumpeinrichtung aus 5 zur Darstellung der Positionen der Elementpaare.
1 zeigt eine erfindungsgemäße Pumpeinrichtung 1 einer ersten Ausführungsform, die in das Innere eines Hohlorgans 2, z.B. ein Gefäß, eingesetzt wird. Die Pumpeinrichtung 1 weist ein Gehäuse 3 aus einem biokompatiblen Material auf, das lagefest an der Gefäßinnenwand fixiert werden kann. Im Inneren des Gehäuses 3, das an beiden Seiten offen ist und von Flüssigkeit, beispielsweise Blut, in Richtung des Pfeils A durchströmt werden kann, ist ein drehbar gelagerter Impeller 4 vorgesehen. Zur Drehlagerung sind an den Gehäuseenden Halterungen 5 vorgesehen, in denen die Achse 6, hier deren Achszapfen, in entsprechenden Durchbrechungen aufgenommen ist.
Am Impeller 4 ist ein Element 7, hier in Form eines Permanentmagneten 8 mit einer remanenten Magnetisierung, dargestellt durch beiden Pole „N" und „S", angeordnet. Dieses Element 7 wirkt mit einem über eine körperexterne Magnetfelderzeugungseinrichtung 9, die hier nur exemplarisch dargestellt ist, erzeugten veränderlichen Magnetfeld H_ext zusammen. Die Magnetfelderzeugungseinrichtung 9 ist im Stande, ein Feld mit ausreichender Feldstärke zu erzeugen und dieses rotieren zu lassen, und zwar um eine Drehachse, die im Wesentlichen der Achse 6 des Impellers 4 entspricht.
Das Element 7 und das externe Magnetfeld wechselwirken nun derart, dass über das externe rotierende Feld H_ext ein Drehmoment auf das Element 7 und damit auf den Impeller 4 ausgeübt wird, dieser rotiert also mit dem rotierenden externen Magnetfeld. Hierüber kann aktiv der Flüssigkeitsstrom in Richtung des Pfeils A unterstützt werden.
Die Pumpeinrichtung 1 ist beispielsweise ca. 5 cm lang, der Impeller 4 erstreckt sich im Wesentlichen über die gesamte Gehäuselänge. Der Permanentmagnet 8 weist beispielsweise eine Dicke von ca. 3,5 mm und eine Länge von beispielsweise 16 mm auf, bei einer Masse von z.B. 1 g. Er hat ein magnetisches Dipolmoment von angenommen 0,13 Am². Die Magnetisierung des Permanentmagneten steht dabei senkrecht zur Drehachse des Impellers 4, so dass das Magnetfeld H_ext ein Drehmoment auf den Magneten 8 und damit auf den Impeller 4 ausüben und diesen in Rotation versetzen kann.
Bei einer angenommenen (extern erzeugten) magnetischen Flussdichte am Ort des Permanentmagneten 8 von z.B. 50 mT beträgt das maximale Motor-Drehmoment 6,5 mNm. Die maximale Pumpleistung ergibt sich aus dem maximalen Drehmoment multipliziert mit der maximalen Drehzahl. Nimmt man für die maximale Drehzahl z.B. 10.000 U/min beziehungsweise 167 U/s an, so erhält man eine maximale Motorleistung P_max = 1,0 W. Die Pumpleistung ergibt sich aus (1/Pumpwirkungsgrad) × Pumpdruckdifferenz × Volumenstrom. Bei einem realistischen Pumpwirkungsgrad von z.B. 70%, einer Druckdifferenz von 100 mm Hg und einen Volumenstrom vom 2,5 l/min erhält man eine Pumpleistung von 0,72 W, die etwas geringer ist als die maximale Motorleistung P_max. Die Pumpleistung des menschlichen Herzens liegt in Ruhe bei ca. 5 l/min, so dass mit diesem aktiv geförderten Volumenstrom bereits eine deutliche Entlastung und Unterstützung des Herzens erreicht werden würde. Diese grobe Betrachtung gilt z. B. für Venen oder Arterien mit einem Durchmesser von mehreren Millimetern.
Die Magnetfelderzeugungseinrichtung 9 ist bevorzugt röhrenförmig ausgeführt, an ihr sind mehrere, z. B. 6, einzeln bestrombarer Spulen axial und radial verteilt angeordnet. Der Patient, dem die Pumpeinrichtung 1 implantiert wurde, wird zum Betrieb derselben zur kurzzeitigen medizinisch indizierten Unterstützung in diese Röhre gefahren, wonach durch entsprechende Ansteuerung der einzelnen Spulen das rotierende Magnetfeld H_ext wie gefordert erzeugt wird.
Gehäuseseitig ist an der Pumpeinrichtung 1 ferner ein Sensor 10 vorgesehen, dem, wie durch die Antenne 11 dargestellt ist, eine drahtlose Übertragungseinrichtung zugeordnet ist. Dieser Sensor misst beispielsweise die Ausrichtung bzw. den Drehwinkel des Impellers und darüber die Zahl der Impellerumdrehungen sowie den Volumenstrom, der durch die Pumpeinrichtung 1 gefördert wird, wobei die Sensorsignale drahtlos beispielsweise an die Magnetfelderzeugungseinrichtung 9 gegeben werden, die je nach Messwert und Erfordernis gegebenenfalls das erzeugte Magnetfeld H_ext entsprechend nachregelt, um beispielsweise die Drehzahl zu erhöhen oder zu erniedrigen.
Zur Vermeidung einer unbeabsichtigten Bewegung des Impellers 4 bei abgeschaltetem externen Magnetfeld ist gehäuseseitig eine Arretiervorrichtung 12, hier in Form eines schwenkbaren Sperrzapfens 13 vorgesehen, der zwischen einer nicht sperrenden Stellung (durchgezogen dargestellt) und einer sperrenden Stellung (gestrichelt dargestellt), in welcher er in den Rotationsweg des Impellers 4 greift, bewegt werden kann. Hierzu kann das externe Magnetfeld verwendet werden, das beispielsweise zum Schwenken des Sperrzapfens 13 aus der sperrenden Stellung in die nicht sperrende Stellung eine hinreichend starke Komponente in Richtung der Impellerdrehachse aufweisen muss. Der Sperrzapfen 13 besteht dabei aus einem magnetischen oder magnetisierbaren Material, so dass er mit dem externen Feld wechselwirken kann.
Eine hier zusätzlich dargestellte Alternative sieht eine Arretiervorrichtung 12 umfassend einen Elektromotor 14 vor, dem ebenfalls ein Sperrzapfen 15 zugeordnet ist, der zwischen einer nicht sperrenden und einer sperrenden Stellung bewegt werden kann. Der Elektromotor 14 ist ein elektrischer Verbraucher, benötigt zu seinem Betrieb zum Verstellen des Stellzapfens 15 also Strom. Dieser kann beispielsweise über eine integrierte Stromversorgung 16 geliefert werden. Bei dieser integrierten Stromversorgung kann es sich aber auch um eine Induktionsspule handeln, in der bei anliegendem externen Feld, das auch in diesem Fall beispielsweise zur Erzeugung eines ausreichenden Stroms eine deutlich höhere Feldstärke als das Rotationsfeld aufweist, Strom induziert wird. Die Ansteuerung des Elektromotors 14 erfolgt auch hier drahtlos beispielsweise über eine nicht näher gezeigte Steuerungseinrichtung oder über die Magnetfelderzeugungseinrichtung 9, wozu der Elektromagnet 14 eine entsprechende Empfangseinrichtung aufweist, wie durch die Antenne 17 dargestellt ist.
Aus Übersichtlichkeitsgründen sind in 1 der Sensor 10, die Antenne 11 und die verschiedenen Arretiervorrichtungen 12 mit ihren Einzelelementen im Inneren des Gehäuses bzw. nach Innen ragend angeordnet. Tatsächlich werden diese Elemente aber in die Gehäusewand integriert, so dass sie keinen zusätzlichen Strömungswiderstand bilden.
2 zeigt eine weitere erfindungsgemäße Ausführungsform einer Pumpeinrichtung 19. Diese Pumpeinrichtung 19 ist manschettenartig ausgeführt und wird in ein Hohlorgan 23, auch hier beispielsweise ein Gefäß, gelegt. Sie umfasst eine Hülle 20 aus einem Kunststoffmaterial, die einteilig oder mehrteilig sein kann, in jedem Fall aber bevorzugt vollständig flexibel ist. In der Hülle 20 sind im gezeigten Beispiel über die Länge verteilt Elemente 21, die in diesem Beispiel über ein externes Magnetfeld H_ext magnetisierbar sind, paarweise einander gegenüberliegend angeordnet. Durch die Anordnung und die entsprechende Magnetisierung liegen sich pro Elementpaar jeweils ein Nordpol N und ein Südpol 5 gegenüber, das heißt, bei anliegendem magnetisierendem Feld H_ext ziehen sich die einander gegenüberliegenden Elemente 21 also an. Das externe Magnetfeld wird beispielsweise sinusförmig über die Zeit angelegt, siehe hierzu 3, das heißt, die Elemente 21 werden wechselweise auf- und entmagnetisiert. Während der Aufmagnetisierung ziehen sich also die beiden Hüllenhälften an, ihr Abstand verringert sich, das dazwischen liegende Hohlorgan wird zusammengedrückt. Zur Zurückstellung bei sinkendem Magnetfeld H_ext sind Rückstellelemente 22 in Form von Federn vorgesehen, wozu bevorzugt eine definierte gebogene Form aufweisende Blattfedern verwendet werden. Diese werden durch die sich anziehenden Elemente 21 deformiert, es wird also eine Rückstellkraft aufgebaut. Lässt die magnetische Wechselwirkung zwischen den Elementen feldbedingt nach, so werden sie über die relaxierenden Federelemente 22 wieder voneinander wegbewegt, das heißt, die beiden Hüllenhälften öffnen sich wieder, das Hohlorgan 23 wird wieder entlastet. Wird eine elastische Kunststoffhülle verwendet, so können die Federelemente 22 entfallen, da die Eigenelastizität der Hülle für die Rückstellung sorgt.
Auf diese Weise kann also ebenfalls eine Pumpbewegung durch kontinuierliche Deformation beziehungsweise Querschnittsverringerung des Gefäßes erwirkt werden.
Dabei kann das externe Magnetfeld nicht nur sinusförmig variiert werden, sondern auch gleichzeitig über die Länge der Pumpeinrichtung 19 wandern, so dass nacheinander die einzelnen Elementpaare aufmagnetisiert werden und sich eine vom einen Ende der Hülle 20 zum anderen fortsetzende Deformation der Hülle 20 und damit des Hohlorgans 23 ergibt. So kann also eine echte gerichtete, peristaltische oder wellenartige Pumpwirkung erreicht werden, wenn das Magnetfeld in der beschriebenen Weise mit hinreichend genauer lokaler Auflösung variiert werden kann. Ein Einsatz wäre z. B. bei Anordnung der Pumpvorrichtung in einer Beinvene oder -arterie, da hier ein im Durchmesser relativ kleines und lokal am Bein, dieses umgebendes Spulensystem verwendet werden kann, mit dem die benötigte lokale Feldauflösung für die Einzelansteuerung der Elementpaare möglich wäre.
Nachdem die manschettenartige Pumpeinrichtung 19 nicht innerhalb des Hohlorgans 23, sondern außerhalb angeordnet ist, ist zur Erfassung des Durchflusses bei dieser Ausgestaltung ein Sensor 24 in Form eines Drucksensors vorgesehen, der auch hier seine Messergebnisse drahtlos beispielsweise an die Magnetfelderzeugungseinrichtung 9, wie sie in 1 gezeigt ist und wie sie natürlich auch hier zum Betrieb der Pumpeinrichtung 19 verwendet wird, sendet, die dann nach entsprechender Signalverarbeitung gegebenenfalls das erzeugte externe Feld H_ext variiert und anpasst.
4 zeigt schließlich eine weitere erfindungsgemäße Ausführungsform einer Pumpeinrichtung 25, die ähnlich der Pumpeinrichtung 19 aus 2 aufgebaut ist. Auch sie ist manschettenartig ausgeführt und um ein Hohlorgan 26 zu legen, wo die Pumpeinrichtung 25 (wie auch natürlich die Pumpeinrichtung 19) über ihre Länge geöffnet werden kann, um das jeweilige Hohlorgan aufzunehmen. Auch hier ist eine Hülle 27 aus einem flexiblen Kunststoffmaterial vorgesehen. Ferner sind auch hier Elementpaare bestehend aus jeweils zwei Elementen 28 vorgesehen, die paarweise einander gegenüberliegend ange ordnet sind. Im gezeigten Beispiel sind über die Länge verteilt drei Elementpaare I, II und III vorgesehen, wobei selbstverständlich auch mehr Elementpaare angeordnet werden können. Die Elementpaare I, II und III sind bei dieser Ausführungsform radial versetzt zueinander angeordnet, der Winkel zwischen zwei Elementpaaren beträgt beispielsweise 45°.
5 zeigt beispielhaft die Positionen über die Länge der Hülle 27, an denen die Elementpaare I, II und III angeordnet sind. Bei dieser Ausgestaltung, bei der es sich bei den Elementen 28 ebenfalls um über das externe Feld magnetisierbare und entmagnetisierbare Elemente handelt, wird das externe Feld ebenfalls beispielsweise sinusförmig verlaufend angelegt, jedoch rotiert es gleichzeitig um die Längsachse der manschettenartigen Pumpeinrichtung 25, so dass im Rahmen einer 360°-Drehung jedes der Elementpaare I, II und III mit seiner ausgezeichneten Magnetisierungsachse vom externen Magnetfeld voll beaufschlagt und damit aufmagnetisiert wird, sich mithin also die maximale Wechselwirkung zwischen zwei Elementen eine Paares einstellt, wenn das sich drehende Magnetfeld im entsprechenden Winkel anliegt. Auch hierüber kann also eine vom einen Hüllenende zum anderen fortlaufende Deformation für eine gerichtete Pumpwirkung realisiert werden. Auch bei dieser Ausführung der Pumpeinrichtung 25 sind entsprechende Rückstellelemente vorgesehen, um die Hülle 27 wieder aufzuweiten, wie diesbezüglich der Ausgestaltung gemäß den 2 und 3 beschrieben wurde. Gleichermaßen kann auch hier ein entsprechender Sensor vorgesehen sein, über den der Druck, den das Hohlorgan 26 auf die Innenseite der Hülle 27 ausübt, erfasst werden kann.

Claims

In den menschlichen oder tierischen Körper implantierbare Pumpvorrichtung zum Pumpen einer Flüssigkeit, insbesondere von Blut, dadurch gekennzeichnet, dass sie wenigstens ein mit einem externen veränderlichen Magnetfeld (H_ext) wechselwirkendes Element (7, 21, 28) aufweist, und derart ausgebildet ist, dass durch Wechselwirkung des Elements (7, 21, 28) mit dem Magnetfeld (H_ext) eine eine Pumpwirkung erzielende Bewegung eines mit dem Element (7, 21, 28) verbundenen Einrichtungsteils (4, 20, 27) erwirkbar ist.
Pumpvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die in ein Hohlorgan (2) einzusetzende Pumpvorrichtung (1) einen in einem Einrichtungsgehäuse (3) drehbar gelagerten Impeller (4) aufweist, an dem das Element (7) angeordnet ist, oder der selbst das Element bildet.
Pumpvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine gehäuseseitige Arretiereinrichtung (12) zum Arretieren des Impellers (4) vorgesehen ist.
Pumpvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Impeller (4) durch Verändern des Magnetfelds (H_ext) in seine oder an seiner Arretierposition bewegbar ist.
Pumpvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Achse (6) des Impellers (4) durch eine axiale und/oder radiale Bewegung des Impellers (4) in eine Arretierhalterung (18), insbesondere eine Arretiernut einführbar ist.
Pumpvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Arretiereinrichtung (12) ein über das externe Magnetfeld betätigbares bewegliches Arretierelement (13) umfasst.
Pumpvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Arretiereinrichtung (12) ein über ein gehäuseseitig integriertes, über eine integrierte Stromversorgung (16) oder eine mittels einer gehäuseseitigen Induktionsspule bereitgestellten Stromversorgung betreibbares elektrisches Stellelement, insbesondere einen Elektromotor (14) bewegbares Arretierelement (15) aufweist, wobei der Betrieb des Stellelements drahtlos oder über das oder ein externes Magnetfeld steuerbar ist.
Pumpvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die um ein Hohlorgan (23, 26) herumgreifend zu setzende Pumpvorrichtung (19, 25) eine ein- oder mehrteilige, zumindest abschnittsweise flexible Hülle (20, 27) aufweist, an der einander im wesentlichen gegenüberliegend zwei oder mehr Elemente (21, 28) vorgesehen sind.
Pumpvorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Elemente (21, 28) über das Magnetfeld (H_ext) aktiv aufeinander zu bewegbar sind und über wenigstens ein Rückstellelement (22) oder die Eigenelastizität der elastischen Hülle selbst bei einer Abschaltung oder Reduktion des Magnetfelds (H_ext) wieder auseinander bewegbar sind.
Pumpvorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Rückstellelement (22) eine Feder ist.
Pumpvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein drahtlos mit einer Empfangseinrichtung kommuni zierender Druck-, Impeller-Drehwinkel- und/oder Durchflusssensor (10, 24) vorgesehen ist.
Pumpeinrichtung, umfassend eine Pumpvorrichtung (1, 19, 25) nach einem der vorangehenden Ansprüche, sowie eine Einrichtung (9) zum Erzeugen eines veränderlichen Magnetfelds (H_ext) zum Betreiben der Pumpvorrichtung (1, 19, 25).