DE102011016311A1

DE102011016311A1 - Aortenkanülle mit verbessertem Ausströmverhalten

Info

Publication number: DE102011016311A1
Application number: DE102011016311A
Authority: DE
Inventors: Sebastian Stühle; Wojciech Kowalczyk; Hans-Hermann Wendt
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2011-04-07
Filing date: 2011-04-07
Publication date: 2012-10-11
Also published as: DE202011110016U1

Abstract

Die verbesserte Aortenkanüle gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst eine längliche Röhre mit einem Abschlussende. Dieses Abschlussende stellt das Hauptmerkmal der Erfindung dar. Es ist auf die längliche Röhre aufgesetzt oder in diese integriert. Das Abschlussende besteht aus zwei oder mehreren aufeinandergesetzten Trichterformen (Wellenform), wobei das Trichterende mit dem größerem Durchmesser das distale Ende des Abschlussendes darstellt. Zwischen diesen Trichterformen befindet sich je eine im Durchmesser konstante oder divergierende Röhre. Die Übergänge zwischen den Trichtern sind fließend und ohne Absätze. Das proximale Ende des Abschlussendes ist mit dem distalen Ende der länglichen Röhre verbunden. Die Zuleitung des Fluides erfolgt über die längliche Röhre vom proximalen in das distale Ende. Vom distalen Ende strömt das Fluid dann in die Aorta ein. Die längliche Röhre kann entweder mit einem geraden oder abgewinkelten Abschlussende eingesetzt werden. Das Abschlussende kann auch in der Form veränderbar und somit an den Einsatzzweck ergonomisch anpassbar sein. Durch die speziell gestaltete Trichterform des Abschlussendes kommt es zu einer reduzierten Fließgeschwindigkeit des Fluids am Ausgang des Aortenkanüle und zu einer besseren Fluidverteilung in das Gefäßsystem. Proximal zum Abschlussende kann aufgesetzt oder in dieses integriert eine Dichtungslippe vorhanden sein. Diese markiert gleichzeitig den maximalen Einschubweg in die Aorta und sorgt für eine Abdichtung des Einschnittes während der Operation. Das Abschlussende besteht aus einem elastischen Material, welches entweder über einen vorgeschobenen Ring, eine vorgeschobene längliche Röhre, durch ein Zusammendrücken mit den Fingern oder eine andere Kompressions- oder Einfaltvorrichtung im Durchmesser verkleinert werden kann und so in die Aorta eingeführt wird. Das Material kann auch eine blutkompatible Beschichtung aufweisen. Nach Zurückziehen des Rings, dem Beenden der Kompression oder dem Ausfalten des Abschlussendes stellt sich das Material in seine ursprüngliche Form auf und dichtet so das Loch in der Aorta elastisch ab. Die Aortenkanüle kann komplett gedreht und auch vor und zurückgeschoben werden. Nachdem die Notwendigkeit für eine extrakorporale Zirkulation entfallen ist, wird das Abschlussende wiederum komprimiert und so zeitsparend aus der Aorta entfernt.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Aortenkanüle zur Verwendung in der Herzchirurgie sowie ein Verfahren für die Lenkung von Blut zur und in der Aorta unter Verwendung einer Aortenkanüle mit optimierter Fluidströmung. Die Erfindung betrifft speziell die geometrische Struktur des Abschlussendes der Kanüle und ein Verfahren zum minimalinvasiven Einbringen und Entfernen der Kanüle in und aus der Aorta.
Während einer herkömmlichen Operationen am offenen Herzen wird das Blut eines Patienten teilweise maschinell aus dem Körper entfernt, in einem extrakorporalen Kreislauf oxygeniert und dem Körper wieder über eine Aortenkanüle in die Aorta des Patienten zurückgeführt. Da die Aorta im Körper des Menschen ein Gefäß ist, welches sehr hohe Flüssigkeitsdrücke aushalten muss, ist es wünschenswert, das Trauma (z. B. Einschnitte), dass die Aorta im Rahmen der Operation erfährt, möglichst gering zu halten. Die technische Herausforderung besteht somit darin, eine Aortenkanüle zu entwickeln, die nur einen reduzierten Einschnitt in der Aorta erfordert. Weiterhin müssen die schädigenden Auswirkungen auf das Blut durch hohe Fließgeschwindigkeiten und Scherkräfte verringert und gleichzeitig die nötige Flüssigkeitszufuhr gewährleistet werden. Diese Verknüpfung ist von besonderer Bedeutung, da geringere Kanülendurchmesser nach dem jetzigen Stand der Technik mit höheren Fließgeschwindigkeiten korrelieren. Weitere Problematiken ergeben sich aus dem gerichteten Strahl der Kanülen, der zu hohen lokalen Fließgeschwindigkeiten des Blutstroms führt. Dieser Düsen-Blutstrom kann durch die konzentrierte Kraft auf die Gefäßwände artherosklerotisches Material von der Gefäßwand lösen. Hierdurch können Embolien hervorgerufen werden, die unter Umständen für den Patienten drastische Folgen haben können (z. B. Schlaganfall). Die Patientenklientel in der Herzchirurgie wird immer älter, somit werden artherosklerotische Veränderungen im Gefäßsystem immer häufiger und das Risiko für neurologische Schäden nach der Operation steigt. Aortenkanülen nach dem Stand der Technik habe die Eigenschaft, das Blut lediglich direkt auf die angestrahlten Gefäße zu verteilen. Andere Gefäße werden somit nur unzureichend mit Blut versorgt.
Bisherige Aortenkanülen umfassen im Allgemeinen eine längliche Röhre mit einem entsprechend gestalteten oder modifizieren Abschlussende. Dieses Abschlussende wird durch einen Einschnitt in die Aorta eingeführt. Bei der Einfuhr in die Aorta kann es durch die Geometrie des Abschlussendes dazu kommen, dass das Aortengewebe entlang der Schnittlinie weiter einreißt. Für die Erholung des Patienten ist es vorteilhaft, jegliche Schäden an der Aorta und die Größe des Schnittes zu minimieren. Eine einfach einzuführende Kanüle kann weiterhin die Operationsdauer verkürzen, was zu einem zusätzlichen Benefit für den Patienten führt.
Im Stand der Technik sind die obenstehenden Probleme, die bei der Zuführung von Fluiden, insbesondere von Blut, in den Aortenbogen oder ein anderes Gefäß des menschlichen Körpers auftreten können, vielfach beschrieben worden. An dieser Stelle wird auf US 20050107817 , DE 695 29 199 T2 , DE 694 22 316 T2 , EP 0 612 536 und WO 2004067073A1 verwiesen. Vor allem die arteriosklerotischen Probleme werden primär durch das aus der Kanüle austretende Fluid hervorgerufen, wenn dieses am distalen Ende mit hoher Geschwindigkeit gerichtet ausströmt. Der zukünftige Stand der Technik verfolgt das Ziel, die Schädigung auf das Blut durch eine Reduzierung der Geschwindigkeit zu verringern. Gleichzeitig muss eine physiologischere Verteilung des Blutes in die Gefäße erfolgen.
An diesem Ansatz greift WO 2004067073A1 an. Hier wird das austretende Blut über eine Art Diffusor verteilt. Dies erfolgt mechanisch, somit treten gerade an den Abschlussendkanten hohe Blutschädigungen durch entsprechende Scherkräfte auf. Eine Reduzierung der Operationszeit hat aufgrund dieser Problematik einen wesentlichen Einfluss auf die Blutschädigung.
Mit diesem Problem beschäftigt sich US 20050107817 , das eine trichterförmige Geometrie als Auslass vorsieht. Durch die trichterförmige Geometrie kommt es zu einer Reduzierung der Fluidströmung. Es treten hierbei noch immer hohe Scherkräfte im Auslassbereich des Abschlussendes aus. Zusätzlich erfolgt durch die vorliegende Geometrie die Verteilung des Blutes in die Gefäße nicht optimal. Ein weiteres Problem stellt das Einführen der Kanüle dar, da aufgrund der starren Trichterform eine Einführung in die Aorta und eine Abdichtung des Einführschnittes erschwert wird.
DE 695 291 199 T2 und DE 694 22 316 T2 beschreiben eine Aortenkanüle, bei der in der Seitenwand der Kanüle Austrittsöffnungen vorgesehen sind, während das distale Ende durch eine Kappe verschlossen ist. Über diese entsprechend im Lumen eingesetzte Kappe erfolgt die Ablenkung des Fluids zu den Austrittsöffnungen. Durch diesen Lösungsweg wird das ungerichtet mit sehr hoher Geschwindigkeit auf die Kappe auftreffende Blut mechanisch stark geschädigt. Diese Art der Streuung des Blutstroms sorgt für reduzierte Fließgeschwindigkeiten an der Austrittsöffnung der Kanüle.
EP 0 612 536 beschreibt eine Aortenkanüle mit reduzierter Austrittsgeschwindigkeit, die über einen Diffusor in der Nähe des distalen Endes der Kanüle erreicht wird. Die Diffusoren schädigen das Blut über auftretende fluid-echanische Kräfte, da sie im Blutstrom direkt angestrahlt werden.
Aufgrund der Unzulänglichkeiten der bisherigen Erfindungen ist es das Hauptziel, eine verbesserte Aortenkanüle zu schaffen, die den Druck auf das Gewebe minimiert und somit die Abtragung von arteriosklerotischem Material reduziert.
Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung liegt darin, eine Aortenkanüle zu schaffen, die eine ausreichende und gleichmäßige Versorgung der anliegenden Gefäße mit oxygeniertem Blut gewährleistet. Hierzu muss der Blutstrom möglichst physiologisch in die Gefäße verteilt werden.
Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Aortenkanüle zu schaffen, die eine Verletzung oder Beschädigung von Aortengewebe, z. B. im Rahmen eines reduzierten Einschnitts in die Aorta, minimiert. Eine gute Abdichtung der Aorta nach außen ist zusätzlich angestrebt.
Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Aortenkanüle zu schaffen, die das einströmende Blut geringeren Scherkräften aussetzt als bisher üblich und daher die Traumatisierung des Blutes verringert.
Diese und weitere Ziele ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der Erfindung.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNG
Die vorliegende Erfindung wird in ihrer Ausgestaltung anhand des bevorzugten Ausführungsbeispiels beschrieben.
Die Aortenkanüle mit optimierter Fluidströmung gemäß der vorliegenden Erfindung wird in den Zeichnungen allgemein mit dem Bezugskennzeichen X gekennzeichnet. Die Kanüle X weist eine gebogene Röhre Y mit einem Abschlussende 10 auf, dieses ist in dargestellt. Wie in erkennbar, ist der Durchmesser des distalen Abschlussendes 10 in Bezug auf die längliche Röhre Y in Richtung des distalen Endes 7 des Abschlussendes 10 vergrößert und verbreitert sich in Relation zur Längsachse A_1 immer weiter. Die entstehende Form ähnelt einer Trichterform, der Durchmesser von der proximalen Öffnung 6 zum distalen Ende 7 vergrößert sich. Die sogenannte Trichterform des Abschlussendes 10 ist folgendermaßen modifiziert: in die erste Winkelvergrößerung 3 zur Längsachse A_1 ist ein Absatz 4 eingebaut. An den Absatz 4 schließt die Winkelvergrößerung 5 an. Im Abschlussende 10 sind mindestens ein Absatz und zwei unterschiedliche Durchmesser integriert. Vorzugsweise liegt der Anstellwinkel der ersten Winkelvergrößerung 3 bei etwa 5–15°. Der Absatz 4 nimmt etwa 15–30% des gesamten Abschlussendes ein. Der Anstellwinkel der zweiten Winkelvergrößerung 5 liegt etwa bei 15–30°. Die Anzahl der Durchmesservergrößerungen und der Absätze kann beliebig erhöht werden, so dass eine Wellenform entsteht. zeigt eine wellenartige Trichterform mit vier unterschiedlichen Durchmessern und drei Absätzen. Die Bezeichnungen erfolgen analog zu und .
In das Abschlussende 10 ist eine proximale Öffnung 6 eingebaut. An diese ist die längliche Röhre Y angeschlossen oder integriert. Die trichterförmige Oberfläche des Abschlussendes 10 leitet Fluide, vorzugsweise Blut entlang der Innenkante 8, die sich formschlüssig von der proximalen Öffnung 6 bis zum distalen Ende 7 des Abschlussendes 10 erstreckt. Z bezeichnet in die Pfeile, die eine Strömungsrichtung vorgeben. Die proximale Öffnung, die zwei Winkelvergrößerungen 3 und 5 mit unterschiedlichen Durchmessern und Anstellwinkeln und dem Absatz 4 gestatten es, dass das Fluid durch das Abschlussende 10 zu leiten, um am distalen Ende einen geringen Druck und einen großen Verteilungsquerschnitt zu erreichen. Die große distale Öffnung 7 setzt zusätzlich die Strömungsgeschwindigkeit des austretenden Fluides herab. Die Winkelvergrößerungen und die Innenkante 8 leiten, wie durch Pfeil 18 dargestellt, das Fluid unter einem Winkel von beispielsweise 30–45° in Bezug auf die Längsachse A_1 des Abschlussendes 10 in Richtung der aufsteigenden Kopfgefäße sowie der absteigenden Aorta. Ohne die Winkelvergrößerung 5 sowie den Absatz 4, die den Durchmesser des Abschlussendes 10 vergrößern, würde das Fluid lediglich in einem Winkel von ca. 20° aus dem Abschlussende austreten. Der Absatz 4 und die Winkelvergrößerung sorgen für eine Verbreiterung des Flüssigkeitsstroms aus dem distalen Ende 7 und damit verbunden einer weiteren Reduzierung des Flüssigkeitsdrucks und der Strömungsgeschwindigkeit.
In das Abschlussende 10 ist weiterhin eine Ringsperre 1 integriert, die aufgesetzt oder fest mit dem Abschlussende 10 verbunden sein kann. Diese Ringsperre 1 kann gleichzeitig die Funktion einer Dichtungslippe in Kombination mit Ring 2 wahrnehmen, muss aber verlustsicher befestigt sein. Diese Ringsperre 1 weist im Vergleich zur proximalen Öffnung 6 einen vergrößerten Durchmesser auf. Durch diese Ringsperre wird zum einen der verschiebbare Ring 2 am proximalen Rutschen gehindert, zum anderen sind die Ringsperre 1 und der Ring 2 mit eine Voraussetzung, wie nachfolgend erläutert, für ein schnelles und einfaches Einführen des Abschlussendes 10 in die Aorta und ein schnelles und einfaches Ausführen des Abschlussendes 10 aus der Aorta oder aus dem sonstigen Gefäßsystem. Ringsperre 1 und Ring 2 können auch durch ein anderes System, z. B. eine längliche Röhre oder ein anderes System zur schnellen Entfaltung des Abschlussendes und Einfaltung ersetzt werden.
Die Anwendung wird beispielhaft an der Aorta erläutert, kann aber in ähnlicher oder gleicher Form an anderen Punkten von Gefäßsystemen durchgeführt werden. In ist die Aorta mit dem Bezugskennzeichen 32 gekennzeichnet. Die Aorta 32 umfasst drei Hauptabschnitte, nämlich die aufsteigende Aorta (Aorta ascendens) 34, den Aortenbogen (Arcus Aortae) 36 und die absteigende Aorta (Aorta descendens) 38. Der Aortenbogen 36 ist der Hauptbereich, in dem bei Patienten, die eine Herzbypassoperation benötigen, ein artheriosklerotischer Belag 46 gefunden wird. Gerade der obere Bereich des Aortenbogens in der Nähe der Hals- und Kopfgefäße ist besonders gefährdet, da er meist auch direkt angestrahlt wird. Von der Aorta 32 zweigen drei große Arterien ab, nämlich der Arm-Kopf-Gefäßstamm (Truncus brachiocephalicus), die linke Halsschlagader (Arteria carotis communis sinistra) und die linke Unterschlüsselbeinarterie (Arteria subclavia sinistra).
Nachdem von dem Chirurgen/Herzchirurgen ein Einschnitt 12 in die aufsteigende Aorta 34 gemacht wurde, wird die Kanüle mit dem Abschlussende 10 so angeordnet, dass die distale Öffnung 7 relativ nahe an der Aortenwand liegt. Das eingefaltete Abschlussende X wird durch den Einschnitt eingeführt und die Kanüle nach oben gedreht, so dass sich die Röhre Y von der Aorta 32 weg erstreckt. Nun wird der verschiebbare Ring 2 in Richtung der Ringsperre 1 gezogen, so dass sich das Abschlussende entfalten kann. Dieser Vorgang ist in und der Bildunterschrift zu erläutert und steht beispielsweise für den Entfaltungsvorgang. Durch die Spannung des elastischen Abschlussendes 10 bei elastischer Durchmesservergrößerung kommt es zu einer Abdichtung des Einschnittes 12 in der aufsteigenden Aorta 34. Zum Entfernen des Abschlussendes 10 aus der Aorta 32 wird der Vorgang umgekehrt.
Bei der vorliegenden Erfindung wird der Blutfluss aus der Kanüle, vorzugsweise in Richtung der aufsteigenden, kopfversorgenden Gefäße in der Aorta gelenkt. Durch ein entsprechend gestaltetes Abschlussende kommt es zusätzlich noch zu einer Versorgung der Aorta descendes und der angeschlossenen Gefäße mit dem Blut. Der geringe Druck an der Aortenwand, die geringe Geschwindigkeit sowie die große Austrittsbreite der Strömung sollen für ein verringertes Risiko der arteriosklerotischen Ablösung von der Aortenwand bei gleichzeitig erhaltenem Fluss in die hirnversorgenden Gefäße sorgen.
Somit ist die Aortenkanüle mit dem flexiblen Abschlussstück gemäß der vorliegenden Erfindung schnell und einfach durch einen Einschnitt in der Aorta mit minimaler Größe einführbar. Dies verringert das Risiko eines Schadens an der Aortenwand und optimiert die Erholung des Patienten. Weiterhin verbessert die Kanüle durch das Leiten des Blutflusses zu den Kopfgefäßen die Durchblutung des Gehirns, was die Wahrscheinlichkeit einer Minderversorgung mit Sauerstoff verringert. Zusätzlich wird durch das Abschlussende die Geschwindigkeit des Fluidstroms so verringert und die Strömungsbreite vergrößert, dass die Gefahr der Plaqueablösung im Vergleich zu herkömmlichen Kanülen verringert wird. Im Vergleich mit Kanülen gemäß dem Stand der Technik ist das Risiko einer Belagablösung durch die getroffenen Maßnahmen geringer, so dass es zu einem deutlichen Benefit für den Patienten kommen kann. Die Blutversorgung des Gehirns und anderer Gefäße wird optimiert, so dass insgesamt die Komplikationsrate, vor allem im neurologischen Bereich gesenkt werden kann.
Auch wenn die Erfindung in Verbindung mit bevorzugten Ausführungsbeispielen dargestellt und erläutert worden ist, versteht es sich, dass viele Änderungen, Ersetzungen oder Hinzufügungen vorgenommen werden können, die innerhalb des beabsichtigten breiten Umfangs der nachfolgenden Patentansprüche liegen. Aus dem Vorangehenden ist ersichtlich, dass die vorliegende Erfindung wenigstens alle der aufgestellten Ziele erfüllt.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
ist eine perspektivische Ansicht der verbesserten Aortenkanüle gemäß der vorliegenden Erfindung mit zwei Winkelvergrößerungen und einem mittigen Absatz.
ist eine Schnittzeichnung des Abschlussendes der Aortenkanüle entlang der Achse A_1 gemäß .
ist eine Schnittzeichnung des Abschlussendes gemäß der vorliegenden Erfindung mit einer wellenförmigen Trichterform entlang der Achse A_1 gemäß .
ist ein schematisches Schaubild des Herzens und seiner wichtigsten Blutgefäße mit der Aortenkanüle gemäß der vorliegenden Erfindung. Die Aortenkanüle wurde in die Aorta ascendens eingeführt.
ist ein schematisches Schaubild, das den Einführvorgang in die Aorta ascendens und den Ausfaltungsvorgang in der Aorta ascendens beschreibt. Gestrichelte Pfeile: Zurückziehen des verschiebbaren Rings 2. Durchgehende Pfeile: vorschieben der Aortenkanüle 10 durch den Einschnitt 12 in die Aorta. Dicke Pfeile: Entfaltung der Aortenkanüle nach lateral.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 20050107817 [0004, 0006]
DE 69529199 T2 [0004]
DE 69422316 T2 [0004, 0007]
EP 0612536 [0004, 0008]
WO 2004067073 A1 [0004, 0005]
DE 695291199 T2 [0007]

Claims

Aortenkanüle mit einer an der Längsachse aufweisenden längliche Röhre und einem eine Öffnung aufweisenden Abschlussende, gekennzeichnet durch eine sich vom proximalen Ende im Bereich der Öffnung zum distalen Ende im Bereich der Öffnung erstreckende Winkelvergrößerung, die im Bereich zwischen den Öffnungen einen oder mehrere Absätze in einem geringeren Winkel aufweist, um den Druck der Flüssigkeit an der Gefäßwand und Kanüle zu vermindern und die Strömungsgeschwindigkeit zu reduzieren. Die Blutschädigung wird hierdurch geringer und das Blut homogener als bisher üblich in die Kopfgefäße verteilt.
Kanüle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass deren Absatz oder deren Absätze eine divergierende Form einnehmen.
Kanüle nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass sich das sich die Winkelvergrößerungen auf einen Bereich von mindestens 8° bis maximal 90° erstrecken. Dabei ist die proximale Winkelvergrößerung kleiner oder gleich groß wie die distale.
Kanüle nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die distale Öffnung eine so ausreichende Größe aufweist, dass eine fächerförmige Ausleitung von Blut durch die Kanüle aus der Öffnung gewährleistet ist.
Kanüle nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Abschlussende aus einem flexiblen Material besteht, das einen minimal großen Einführschnitt in die Aorta erlaubt und sich das Abschlussende nach Einführung durch das Zurückziehen einer Sperre entfalten kann. Dieser Prozess ist umkehrbar.
Kanüle nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein System aus einem Ring, einer Ringsperre, einer länglichen Röhre oder einer ähnlichen Vorrichtung zur Einfaltung und Entfaltung der Kanüle im Bereich des Abschlussendes oder der Kanüle integriert oder mit dem System kombiniert wird.
Kanüle nach Anspruch 1, 2, 3, 4, 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Abschlussende mit einem gerinnungs- oder entzündungshemmenden Material beschichtet ist, um die Hämokompatibilität zu verbessern.
Kanüle nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass deren Abschlussende in eine anderweitige Kanüle integriert ist oder auf eine andere Kanüle aufsetzbar ist.