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Die
Erfindung betrifft eine Blutpumpe sowie eine medizintechnische Vorrichtung
aufweisend eine solche Blutpumpe.
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Herzerkrankungen
sind eine der häufigsten Todesursachen in den Industrieländern.
So sind viele Patienten mit einer Herzerkrankung auf ein Spenderherz
angewiesen, was in der Regel mit einer Wartezeit verbunden ist.
Zur Überbrückung der Wartezeit auf ein Spenderherz
wurde einer Anzahl von Patienten unter Einsatz von Herz-Lungen-Maschinen
jeweils ein künstliches Herz eingesetzt, was sich in der Praxis
aus verschiedenen Gründen jedoch nicht bewährt
hat, unter anderem weil der Eingriff riskant und teuer ist.
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Inzwischen
werden bei Erhaltung des Herzens vermehrt auch komplexere Operationen
am schlagenden Herzen durchgeführt, insbesondere um den
Einsatz von Herz-Lungen-Maschinen und die damit verbundenen Nebenwirkungen
für den Patienten zu vermeiden. Seit einigen Jahren werden
hierbei Blutpumpen eingesetzt, welche die Pumpfunktion des Herzens
vor, während und nach der Operation am Herzen unterstützen.
Derartige Blutpumpen sind auch als linksventrikuläre und
rechtsventrikuläre Impella-Blutpumpen bekannt geworden.
Eine solche Blutpumpe kann mit Hilfe eines Katheters perkutan über
das Gefäßsystem beispielsweise in einem Ventrikel
platziert werden, um dort eine zum Herzen zusätzliche Pumpfunktion
zur Verfügung zu stellen. Die Impella-Blutpumpen sind so
klein, dass sie sowohl direkt über die Aorta oder die Vena
Cava als auch durch die Beinarterie bzw. -vene im Herzen platziert werden
können. In der
DE
100 40 403 A1 , der
DE 103 36 902 B3 und der
DE 10 2004 049 986 A1 sind
derartige intrakardiale Impella-Blutpumpen beschrieben.
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Eine
linksventrikuläre Impella-Blutpumpe wird mit Hilfe des
Katheters in die Aorta eingebracht und über die Aortenklappe bis
in den linken Ventrikel vorgeschoben. Das Blut wird ausgehend vom
Ventrikel durch einen Schlauch gefördert und tritt an der Pumpe
in der Aorta wieder aus.
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Bei
der rechtsventrikulären Impella-Blutpumpe erfolgt der Zugang über
die Vena Cava Superior. Ein Schlauch wird dann durch den rechten
Vorhof und den Ventrikel bis über die Pulmonalisklappe
in den Truncus Pulmonalis geschoben. Das Blut wird vom Atrium aus
durch den Schlauch gefördert und tritt an der Mündung
des Schlauches im Truncus Pulmonalis wieder aus.
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Das
biventrikuläre intrakardiale Pumpsystem – Impella – ersetzt
bei minimal-invasiven koronarchirurgischen Eingriffen die extrakorporale
Zirkulation des Blutes und damit den Einsatz einer Herz-Lungen-Maschine.
Das System reduziert die Invasivität des Eingriffs und
verbessert den Schutz des Herzens.
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Die
Platzierung einer Impella-Blutpumpe im Herzen eines Patienten erfolgt
heutzutage unter Verwendung von Röntgenstrahlung, d. h.
der Vorschub der Impella-Blutpumpe durch eines oder mehrere Blutgefäße,
das Einbringen der Impella-Blutpumpe in das Herz und die korrekte
Platzierung der Impella-Blutpumpe im Herzen erfolgt unter Röntgenkontrolle.
Darüber hinaus muss die Position der Impella-Blutpumpe
während ihres Betriebes im Herzen zumindest zeitweise mittel
Röntgenstrahlung überwacht bzw. kontrolliert werden.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Blutpumpe und eine medizintechnische
Vorrichtung der eingangs genannten Art derart anzugeben, dass die
Platzierung und/oder die Lagekontrolle der Blutpumpe im Herzen eines
Patienten möglichst ohne, zumindest aber unter reduzierter
Applikation von Röntgenstrahlung erfolgen kann.
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Nach
der Erfindung wird diese Aufgabe gelöst durch eine Blutpumpe
zur Einführung in das Herz eines Patienten, welche elektrisch
betriebene Mittel zur Bestimmung der Position und/oder der Lage
der Blutpumpe im Körper des Patienten aufweist. Bei den elektrisch
betriebenen Mitteln zur Bestimmung der Position und/oder der Lage
der Blutpumpe kann es sich beispielsweise um eines oder mehrere
Positionssensorelemente handeln, die definiert an der Blutpumpe
angeordnet sind oder in die Blutpumpe integriert sind. Mit Hilfe
des oder der Positionssensorelemente können die aktuelle
Position und die aktuelle Lage der Blutpumpe ohne Verwendung von
Röntgenstrahlung ermittelt werden.
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Nach
einer Variante der Erfindung weisen die elektrisch betriebenen Mittel
zur Bestimmung der Position und/oder der Lage der Blutpumpe im Körper des
Patienten wenigstens eine Sende- und/oder Empfangseinrichtung zum
Senden und/oder Empfangen von elektromagnetischen Wellen, beispielsweise
in Form einer oder mehrerer Spulen auf, die in oder an der Blutpumpe
angeordnet sind. Alternativ können die elektrisch betriebenen
Mittel zur Bestimmung der Position der Blutpumpe wenigstens eine Sende-
und/oder Empfangseinrichtung zum Senden und/oder Empfangen von Ultraschallwellen
oder wenigstens eine Sende- und/oder Empfangseinrichtung für
Impedanzmessungen oder wenigstens einen Kraft- und/oder Momentensensor
aufweisen, mit denen die Position und/oder die Lage der Blutpumpe
im Körper des Patienten bestimmt werden kann.
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Nach
einer Ausführungsform der Erfindung weist die Blutpumpe
eine Antriebseinheit und ein Pumpteil auf, wobei die elektrisch
betriebenen Mittel zur Bestimmung der Position und/oder der Lage
der Blutpumpe im Körper des Patienten in oder an der Antriebseinheit
und/oder im oder am Pumpteil angeordnet sind.
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Gemäß einer
weiteren Ausführungsform der Erfindung weist die Blutpumpe
an ihrem distalen Ende einen Schlauch auf, an dessen distalem Ende ein
Saugkopf mit Einströmöffnungen für Blut
vorhanden ist, so dass die elektrisch betriebenen Mittel zur Bestimmung
der Position und/oder der Lage der Blutpumpe im Körper
des Patienten auch in oder an dem Schlauch und/oder in oder an dem
Saugkopf angeordnet sein können.
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Nach
einer Variante der Erfindung ist die Blutpumpe an ihrem proximalen
Ende mit einem Katheter verbunden, wobei wenigstens eine Leitung zum
elektrischen Betrieb der Mittel zur Bestimmung der Position und/oder
der Lage der Blutpumpe im Körper des Patienten durch den
Katheter verläuft.
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Die
der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird auch gelöst
durch eine medizintechnische Vorrichtung, welche eine vorstehend
beschriebene Blutpumpe und ein mit den elektrisch betriebenen Mitteln
zur Bestimmung der Position und/oder der Lage der Blutpumpe im Körper
des Patienten zusammenwirkendes Positionserfassungssystem aufweist.
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Nach
einer Variante der Erfindung ist das Positionserfassungssystem der
medizintechnischen Vorrichtung ein auf elektromagnetischen Wellen
basierendes Positionserfassungssystem, ein auf Ultraschallwellen
basierendes Positionserfassungssystem, ein auf Impedanzmessungen
basierendes Positionserfassungssystem oder ein auf der Messung von
Kräften und/oder Momenten basierendes Positionserfassungssystems.
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Nach
einer weiteren Variante der Erfindung weist die medizintechnische
Vorrichtung Mittel zur Bereitstellung wenigstens eines Bildes vom
Körperinneren des Patienten oder zur Erzeugung wenigstens eines
Bildes vom Körperinneren des Patienten sowie Mittel zur
Einblendung der ermittelten Position und/oder Lage der Blutpumpe
in das Bild vom Körperinneren des Patienten auf. Ein solches
Bild vom Körperinneren des Patienten kann präoperativ
beispielsweise mit einem Computertomographen oder einem Magnetresonanzgerät
oder intraoperativ beispielsweise mit einem C-Bogen-Röntgengerät
aufgenommen werden. Ist das jeweilige Bild mit dem Positionserfassungssystem
registriert, kann nach Ermittlung der jeweilige Position und/oder
Lage der Blutpumpe mit dem Positionserfassungssystem eine Kennzeichnung
oder ein Abbild der Blutpumpe in entsprechender Weise in das Bild
vom Körperinneren des Patienten eingeblendet werden.
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Ein
Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den beigefügten
schematischen Zeichnungen dargestellt. Es zeigen:
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1 eine
medizintechnische Vorrichtung mit einer Blutpumpe und einem Positionserfassungssystem
und
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2 die
Blutpumpe aus 1 in vergrößerter
Darstellung.
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In 1 ist
eine erfindungsgemäße medizintechnische Vorrichtung
mit einer erfindungsgemäßen Blutpumpe 1 und
einem Positionserfassungssystem 2 gezeigt. Mit Hilfe des
Positionserfassungssystems 2 soll die Blutpumpe 1 in
den Körper eines auf einer Patientenliege 3 gelagerten
Patienten P eingeführt, durch ein Blutgefäß zum
Herzen des Patienten P vorgeschoben und im Herzen des Patienten
P platziert werden, wodurch für einen medizinischen Eingriff
am schlagenden Herzen des Patienten P zusätzlich zum Herzen
selbst eine weitere Pumpfunktion für Blut zur Verfügung
gestellt wird.
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Die
Blutpumpe 1, bei der es sich im Falle des vorliegenden
Ausführungsbeispiels um eine Impella-Blutpumpe handelt,
ist in 2 vergrößert schematisch dargestellt.
Die Blutpumpe 1 weist eine Antriebseinheit 5 und
ein Pumpteil 6 mit einem nicht sichtbaren Pumprad und mit
Austrittsöffnungen 25 für Blut auf. An
ihrem distalen Ende ist die Blutpumpe 1 mit einem Schlauch 7 versehen,
der an seinem distalen Ende einen Saugkopf 8 mit Einströmöffnungen 9 für
Blut aufweist. An ihrem proximalen Ende ist die Blutpumpe 1 mit
einem Katheter 10 verbunden, mit dem die Blutpumpe 1 durch
ein Blutgefäß bis zum Herzen des Patienten P vorgeschoben
und im Herzen des Patienten P platziert werden kann. Die Stromversorgung
und Ansteuerung der Blutpumpe 1 erfolgt über das
Kabel 24, das durch den Katheter 10 geführt
ist.
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Im
Falle des vorliegenden Ausführungsbeispiels weist die Blutpumpe 1 vier
Positionssensoren 11 auf, die jeweils drei oder mehr nicht
explizit gezeigte, aber an sich bekannte Emp fangspulen umfassen.
Je ein Positionssensor 11 ist in der Antriebseinheit 5,
in dem Pumpteil 6, im distalen Ende des Schlauchs 7 und
in der Spitze des Saugkopfes 8 angeordnet. Die mit Empfangsspulen
versehenen Positionssensoren 11 wirken mit dem Positionserfassungssystem 2 zusammen,
bei dem es sich im Falle des vorliegenden Ausführungsbeispiels
um ein elektromagnetisches Positionserfassungssystem 2 handelt.
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Das
elektromagnetische Positionserfassungssystem 2 umfasst
im Falle des vorliegenden Ausführungsbeispiels eine Steuer-
und Recheneinheit 12, an die ein Transmitter oder Feldgenerator 13 zur
Erzeugung eines alternierenden elektromagnetischen Feldes angeschlossen
ist. Der Feldgenerator 13 ist hierzu in der Nähe
der Brust bzw. des Herzens des Patienten P angeordnet. Im Falle
des vorliegenden Ausführungsbeispiels des Erfindung handelt
es sich bei den Positionssensoren bzw. den kleinen Empfangsspulen
der Positionssensoren, um Positionssensoren bzw. Empfangsspulen
des elektromagnetischen Positionserfassungssystem 2, welche
definiert an den erwähnten Stellen der Blutpumpe 1 angeordnet
sind und mit der Steuer- und Recheneinheit 12 mittels in
einem Kabel 14 zusammengefasster Zuleitungen verbunden
sind. Das Kabel 14 verläuft dabei durch den Katheter 10 zur
Steuer- und Recheneinheit 12.
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Das
elektromagnetische Feld des Feldgenerators 13 induziert
Spannungen in den Empfangsspulen der Positionssensoren 11 der
Blutpumpe 1, die mit der Steuer- und Recheneinheit 12 gemessen und
dazu verwendet werden, die jeweils aktuelle Position und Lage der
Blutpumpe 1 in einem dem Positionserfassungssystem 11 zugeordneten
Koordinatensystem KP zu ermitteln.
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In
der
DE 10 2004
058 008 B4 ist im Übrigen ein Führungsdraht
für einen Gefäßkatheter beschrieben,
welcher Empfangsspulen zur Bestimmung seiner Position in einem elektromagnetischen
Feld aufweist, bei dem also auch eine Positionsbestimmung basierend
auf elektromagnetischen Wellen erfolgt.
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Für
die Einführung der Blutpumpe 1 in den Körper
des Patienten P, das Vorschieben der Blutpumpe 1 mit Hilfe
des Katheters 10 in einem Blutgefäß zum
Herzen des Patienten P, die Platzierung der Blutpumpe 1 im
Herzen und für die anschließende Kontrolle der
Lage der Blutpumpe 1 im Herzen soll eine Kennzeichnung
oder ein Abbild der Blutpumpe 1 in ein Bild vom Körperinneren
des Patienten P eingeblendet werden. Hierzu kann ein präoperativ
mit einem Magnetresonanzgerät, einem Ultraschallgerät, einem
Computertomographen oder mit einem Röntgengerät
ermitteltes Bild verwendet werden, welches mit dem Positionserfassungssystem 2 registriert wird.
Ein solches präoperativ erzeugtes Bild kann in einem Bildspeicher
bereitgehalten werden und von einem Bildrechner bereitgestellt werden.
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Im
Falle des vorliegenden Ausführungsbeispiels der Erfindung
weist die medizintechnische Vorrichtung zusätzlich ein
C-Bogen-Röntgengerät 15 auf, um unmittelbar
vor dem medizinischen Eingriff ein aktuelles 3D-Bild vom Körperinneren
des Patienten P gewinnen zu können.
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Das
C-Bogen-Röntgengerät 15 weist unter anderem
einen C-Bogen 16 auf, an dem einander gegenüber
liegend eine Röntgenstrahlenquelle 17 und ein
Röntgenstrahlenempfänger 18 angeordnet
sind. Der C-Bogen 16 ist an einer Halterung 19 um
seine Orbitalachse O in die Richtungen des Doppelpfeils a verstellbar
gelagert. Die Halterung 19 ist im Falle des vorliegenden
Ausführungsbeispiels an einem Deckenstativ 20 angeordnet,
welches die in 1 mit Doppelpfeilen c, d, e
und f gekennzeichneten Verstellmöglichkeiten der mit dem
C-Bogen 16 versehenen Halterung 19 bietet. Außerdem
ist der C-Bogen 16 mit der Halterung 19 um seine
Angulationsachse A in die Richtungen des Doppelpfeils b verstellbar.
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Mit
dem C-Bogen-Röntgengerät 15 können in
an sich bekannter Weise von dem auf der Patientenliege 3 gelagerten
Patienten P 2D-Röntenprojektionen oder Durchleuchtungsbilder
aus unterschiedlichen Projektionsrichtungen aufgenommen werden, die auf
einem an einem Bildrechner 21 angeschlossenen Sichtgerät 22 darstellbar
sind. Darüber hinaus können mit dem C-Bogen-Röntgengerät 15 basierend
auf aus unterschiedlichen Projektionsrichtungen aufgenommenen 2D-Röntgenprojektionen
ein 3D-Datensatz bzw. ein Volumendatensatz von einem Körperbereich
des Patienten P mit dem Bildrechner 21 rekonstruiert und
auf dem 3D-Datensatz basierende 2D- und/oder 3D-Bilder auf dem Sichtgerät 22 dargestellt
werden.
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Um
ein Abbild der Blutpumpe 1 in ein mit dem C-Bogen-Röntgengerät 15 gewonnenes
Röntgenbild vom Körperinneren des Patienten P
einblenden zu können, müssen ein Patienten- oder
Bildkoordinatensystem KB und das Koordinatensystem KP des Positionserfassungssystems 2,
in dem die Koordinaten der Positionssensoren 11 der Blutpumpe 1 bestimmt
werden, miteinander registriert werden, d. h. es muss eine Koordinatentransformation
ermittelt werden.
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Hierzu
sind im Falle des vorliegenden Ausführungsbeispiels der
Erfindung röntgenpositive Marker 23 an der Brust
des Patienten P angeordnet, welche sich in einem Röntgenbild
abzeichnen und deren Koordinaten in dem Patienten- oder Bildkoordinatensystem
KB im vorliegenden Fall mit der Steuer- und Recheneinheit 12 ermittelt
werden. Die Marker 23 werden im Falle des vorliegenden
Ausführungsbeispiels der Erfindung außerdem nacheinander
mit der Spitze der Blutpumpe 1 oder einem separat hierfür vorgesehenen
Zeigerinstrument des Positionserfassungssystems 2 berührt,
wobei jeweils die Zielposition der Spitze der Blutpumpe 1 oder
des Zeigerinstrumentes und somit die Position des jeweiligen Markers 23 in
dem dem Positionserfassungssystem zugeordneten Koordinatensystem
KP ermittelt wird, so dass die Steuer- und Recheneinheit 12 die
Koordinatentransformation berechnen kann.
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Ist
ein 3D-Bild vom Körperinneren des Patienten P rekonstruiert
und ist die Koordinatentransformation ermittelt worden, kann nach
der Einführung der Blutpumpe 1 in den Körper
des Patienten P stets die aktuelle Position und Lage der Blutpumpe 1 in Form
eines Abbildes oder einer Kennzeichnung in das auf dem Sichtgerät 22 dargestellte
3D-Bild eingeblendet werden.
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Auf
diese Weise ist es möglich die Führung der Blutpumpe 1 durch
das Gefäß bis zum Herzen des Patienten P zu verfolgen
und die Platzierung im Herzen zu steuern bzw. anschließend
zu kontrollieren. Beispielsweise kann die Blutpumpe 1 derart
im Herzen platziert werden, dass sich der Schlauch 7 mit
dem Saugkopf 11 im linken Ventrikel und die Antriebseinheit 5 und
das Pumpteil 6 in der Aorta jenseits der Aortenklappe befinden.
Im Betrieb der Blutpumpe 1 wird dann über die
Einströmöffnungen 9 Blut im linken Ventrikel
angesaugt und in die Aorta gepumpt.
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Ist
die Blutpumpe 1 im Herzen gesetzt, kann anschließend
von Zeit zu Zeit oder auch kontinuierlich deren korrekte Lage mit
Hilfe des Positionserfassungssystems kontrolliert werden.
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Die
Erfindung wurde vorstehend am Beispiel eines auf elektromagnetische
Wellen basierenden Positionserfassungssystems beschrieben. Alternativ kann
das Positionserfassungssystem aber auch ein auf Ultraschallwellen
basierendes Positionserfassungssystem sein. In der
DE 198 52 467 A1 sind ein derartiges
Positionserfassungssystem und dessen Funktion beschrieben, deren
diesbezüglich Offenbarung in die vorliegende Patentanmeldung
einbezogen werden soll. An Stelle der Positionssensoren
11 sind
in diesem Fall Ultraschallwandler an der Blutpumpe
1 sowie
vorzugsweise außerhalb des Körpers des Patienten
P vier oder mehr Referenzultraschallwandler vorzusehen, um aus Abstandsmessungen die
jeweilige Position und Lage der Blutpumpe ermitteln zu können.
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Eine
andere Alternative stellt die Ausführung des Positionserfassungssystems
als ein auf Impedanzmessungen basierendes Positionserfassungssystem
dar. Ein derartiges Positionserfassungssystem ist beispielsweise
in der
DE 696 30 432
T2 beschrieben, deren diesbezügliche Offenbarung
ebenfalls in die vorliegende Patentanmeldung einbezogen werden soll.
An Stelle der Positionssensoren
11 sind in diesem Fall
wenigstens eine Elektrode an der Blutpumpe sowie außerhalb
des Körpers des Patienten P an der Körperoberfläche
des Patienten P vorzugsweise drei mit jeweils einer Stromquelle
verbundene Elektrodenpaare vorzusehen. Nach einer bevorzugten Ausführungsform
werden drei von den drei Stromquellen gelieferte orthogonale Stromsignale
in den Patienten P im Bereich des Herzens eingeleitet, wobei jedes
der Stromsignale ein jeweiliges Merkmal aufweist, das es von den
anderen orthogonalen Stromsignalen unterscheidbar ist. Die wenigstens eine
Elektrode der Blutpumpe ist mit drei Erfassungskanälen
verbunden. Die Erfassungskanäle erfassen die am Ort der
wenigstens einen Elektrode der Blutpumpe durch die drei jeweiligen
angelegten Stromsignale induzierten Signale, wobei die erfassten
Signale verwendet werden, um den Ort der wenigstens einen Elektrode
der Blutpumpe zu ermitteln.
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Nach
einer weiteren Alternative kann das Positionserfassungssystem als
ein auf der Messung von Kräften und/oder Momenten basierendes
Positionserfassungssystem ausgebildet sein. An Stelle der Positionssensoren 11 sind
in diesem Fall Kraftmomentensensoren an der Blutpumpe vorzusehen,
die vorzugsweise jeweils Kräfte in drei Kraftrichtungen und
drei Momentenrichtungen erfassen. Ist die Ausgangsposition und -lage
der Blutpumpe bei Beginn des Vorschubs durch das Gefäß bekannt,
so kann basierend auf den mit den Kraftmomentensensoren gemessenen
Kräften und Momenten jeweils die Position und Lage der
Blutpumpe im Körper des Patienten P ermittelt werden.
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Im
Unterschied zu dem beschriebenen Ausführungsbeispiel muss
die Blutpumpe 1 nicht notwendigerweise vier Positionssensoren,
sondern kann auch weniger oder mehr Positionssensoren aufweisen.
Die Positionssensoren können zudem an anderen als den angegebenen
Stellen der Blutpumpe 1 angeordnet sein.
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Durch
die Erfindung wird die Strahlenbelastung des Patienten und des klinischen
Personals bei Eingriffen am schlagenden Herzen reduziert. Zudem verbessert
sich auch der Workflow bei derartigen Eingriffen. Außerdem
kann die Platzierung einer Blutpumpe sicherer und schneller erfolgen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 10040403
A1 [0003]
- - DE 10336902 B3 [0003]
- - DE 102004049986 A1 [0003]
- - DE 102004058008 B4 [0025]
- - DE 19852467 A1 [0035]
- - DE 69630432 T2 [0036]