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Die Erfindung betrifft eine Ex vivo-Lungenkreislauf- und Ventilations-Vorrichtung (Ex vivo Lungenkreislauf, englisch Ex vivo Lung Circuit, EVLC), die einen komplexen Lungenkreislauf einschließlich Atmung darstellt. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Training chirurgischer und minimal-invasiver chirurgischer Eingriffe.
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Ex vivo-Lungenkreislauf und -ventilation (EVLC) ist ein Verfahren, welches es ermöglicht, Lungen außerhalb des Körpers zu beatmen und zu perfundieren. Gegenwärtig wird es bereits angewendet, um im Rahmen von Lungentransplantationen die Organqualität von Spenderlungen zu verbessern und Transporte über lange Strecken zu ermöglichen. So wird bspw. die Schwellung in Spenderlungen minimiert, um sie für die Transplantation geeignet zu machen.
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Das EVLC-Verfahren hat sich in der Transplantationsforschung als feste Größe etabliert. Inzwischen gibt es erste klinische Versuche zur Verbesserung der Qualität von Spenderorganen außerhalb des menschlichen Körpers, bevor diese dem Empfänger eingesetzt werden. Gleichzeitig ist es möglich, Organe über weite Strecken und längere Zeiträume hinweg zu transportieren und außerhalb des menschlichen Körpers lebensfähig zu halten Jedoch schränken die Kosten für dieses Verfahren dessen Verwendung für weitere experimentelle Anwendungen bisher stark ein.
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Hinzu kommt, dass jährlich weltweit bis zu 120 Millionen Wirbeltiere für Forschungszwecke benötigt werden. Davon entfallen allein in Deutschland ca. 20% der Wirbeltiere auf die Entwicklung von medizinischen Produkten, was erhebliche Kosten für die dafür extra bereitgestellte Züchtung der Wirbeltiere sowie ethische Bedenken mit sich bringt.
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Die
DE 101 21 159 B4 offenbart einen künstlichen Thorax zur Aufnahme eines tierischen Herz-Lungen-Präparates ausschließlich für bildgebenden Verfahren, wie Röntgendiagnostik oder MRT. Dabei weist der künstliche Thorax eine Unter- und eine Oberschale auf, welche gasdicht miteinander verbunden werden. In der Unterschale ist eine das Zwerchfell simulierende Blase eingesetzt, welche durch Unterdruck rhythmisch in Bewegung versetzt wird und dafür sorgt, dass die Lunge atmet.
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Ex vivo-Lungenventilations- und Perfusions-Vorrichtungen sind beispielsweise im Bereich der Transplantationsforschung inzwischen weltweit erfolgreich etabliert. Jedoch wurden kommerziell erhältliche Systeme wie bspw. das Organ Care System (http://www.transmedics.com/wt/page/ocslungintro_med), welche bspw. in
US 2008/0017194 A1 ,
US 2009/0197292 A1 und
US 6 046 046 A beschrieben sind, bisher nicht für praktische thoraxchirurgische Fragestellungen konzipiert und eingesetzt. Nachteilig ist hier kein Unterdruck an den künstlichen Thorax anlegbar, da dieser nicht gasdicht abschließbar ist Für generelle Forschungsvorhaben sind die benutzten Verbrauchsmaterialien zu kostenintensiv, da sie „medical grade“ und steril für den humanen Einsatz gefertigt werden.
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Die
WO 2015/138999 A1 offenbart einen ex-vivo Lungenbioreaktor, welcher eine nicht-anatomisch ausgebildete Lungenkammer für die Aufnahme einer Lunge enthält, durch welche mindestens ein Fluid aus einem Reservoir mittels einer venösen Leitung und einer arteriellen Linie in einem Kreislauf perfundiert. Weiterhin verbindet eine Trachealleitung die Lungenkammer mit dem Reservoir. Der Bioreaktor soll für die Lungenkonservierung bezüglich Transplantationszwecke oder Lungenregenration sowie für Züchtungen, Reparaturen oder Modifizierungen der Lunge verwendet werden, was mit entsprechend hohen Anforderungen an den Aufbau des Reaktors einhergeht. Nachteilig ist der relativ komplexe Aufbau dieser Leitungssysteme und die hohe Anzahl von Pumpen, um das Blut durch das System zu pumpen.
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Das Dokument
US 2011/0294108 A1 zeigt ein nicht-anatomisch ausgebildetes Übungsgerät, welches eine Lunge ex-vivo belüftet und durchblutet. Das Organ befindet sich in einem Gehäuse, welche eine Vielzahl von Öffnungen bzw. dichtenden Anschlüssen aufweist, durch welche das Organ mit Geräten außerhalb der Kammer verbunden ist. Durch eine Vakuumpumpe wird die Belüftung bzw. Beatmung der Lunge realisiert, wobei nachteilig keine kontinuierliche Regelung der Druckverhältnisse im Inneren des Gehäuses erreicht wird. Durch eine Perfusionspumpe wird der Blutkreis des entsprechenden Organs simuliert. Weiterhin weist das Übungsgerät keine Filter auf, sodass nachteilig eine mikrobielle Kontamination ermöglicht wird.
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In der
US 2013/0157248 A1 wird ein Verfahren zum Betrieb eines Lungensystems für die Transplantationschirurgie mit einem Perfusionskreislauf und einer Belüftung der Lunge beschrieben. Dabei weist das Belüftungsgas ein definiertes Volumen, Druck und Zusammensetzung auf und fließt zwischen der Lunge und einer Volumenkammer, welche ein Gebläse umfasst. Weiterhin umfasst das Lungensystem ein Drainagesystem. Allerdings ist das Lungensystem nicht zum Trainieren bzw. Simulieren von chirurgischen Eingriffen geeignet, da der Deckel keine Öffnung hierfür aufweist. Für generelle Forschungsvorhaben sind die benutzten Verbrauchsmaterialien zu kostenintensiv, da sie steril gefertigt werden. Weiterhin ist in dem Lungensystem kein Hautimitat vorgesehen. Weiterhin nachteilig ist kein Unterdruck an den künstlichen Thorax anlegbar, da zwar einzelne Abschnitte dichtend, aber nicht gasdicht abschließbar sind.
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Der artiCHEST-Trainer (http://artichest.com/) stellt eine Übungsvorrichtung für endoskopische Eingriffe wie bspw. für eine Bronchoskopie dar. Allerdings findet hier keine zusätzliche Perfusion der Organe wie bspw. der Lunge statt. Auch bietet die Übungsvorrichtung keine Möglichkeit, einen einstellbaren Unterdruck an die Lunge anzulegen, womit physiologische Forschungsarbeiten und Experimente an einer real simulierten Lunge nicht durchführbar sind.
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Durch die genannten Modellvorrichtungen können keine minimal-invasiven chirurgischen Verfahren trainiert und simuliert werden.
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Aufgabe ist es, eine Ex vivo-Lungenkreislauf- und Ventilations-Vorrichtung bereitzustellen, welche die Nachteile des Standes der Technik überwindet.
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Dazu soll eine gasdichte, kosteneffiziente Plattform für Forschungsvorhaben und OP-Trainings bereitgestellt werden, in welcher anatomisch realistische Druckbereiche einstellbar sind, wie sie auch im Brustkorb vorherrschen.
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Die Übungsvorrichtung soll weiterhin für chirurgische sowie insbesondere minimal-invasive Eingriffe im Bereich des Thorax geeignet sein. Durch seinen modularen und gezielt modifizierbaren Aufbau können unterschiedliche Forschungsvorhaben bearbeitet, sowie chirurgische Situationen auch über längere Zeiträume hinweg simuliert werden.
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Weiterhin ist es Aufgabe der Erfindung, für die Übungsvorrichtung ethisch unbedenklichere Untersuchungsobjekte zu verwenden und auf die gezielte Züchtung von Versuchstieren zu verzichten.
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Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch eine Ex vivo-Lungenkreislauf- und Ventilations-Vorrichtung (EVLC-Vorrichtung) gemäß dem unabhängigen Anspruch gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Training chirurgischer und minimal-invasiver chirurgischer Eingriffe sowie für Forschungszwecke einer in einem Behälter einer Ex vivo-Lungenkreislauf- und Ventilations-Vorrichtung aufgenommenen Lunge. Die Erfindung betrifft ebenso die Verwendung einer Ex vivo-Lungenkreislauf- und Ventilations-Vorrichtung zum Training chirurgischer und minimal-invasiver chirurgischer Eingriffe sowie für den Einsatz von Forschungszwecken.
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Dafür wird eine isolierte echte Lunge für die Dauer einer üblichen Lungenoperation außerhalb des Körpers durchblutet und beatmet bzw. belüftet, um in realitätsgetreuer Umgebung Experimente durchzuführen.
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Die Lunge, insbesondere die Blutgefäße der Lunge, soll dabei von mindestens einer Flüssigkeit durchströmt und perfundiert werden.
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Gleichzeitig erfolgt über eine angeschlossene Beatmungsmaschine die Ventilation der Lunge mit unterschiedlichen Gasgemischen.
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Die Ex vivo-Lungenkreislauf- und Ventilations-Vorrichtung dient dem Training chirurgischer und minimal-invasiver chirurgischer Eingriffe. Weiterhin ist die EVLC-Vorrichtung für Forschungszwecke geeignet. Die EVLC-Vorrichtung umfasst einen gasdicht verschließbaren Behälter, welcher mindestens ein Hauptgefäß und einen Deckel zur Aufnahme eines organischen Gewebes wie einer Lunge aufweist. Dabei weist der Behälter einen Ventilationsanschluss für die Durchführung eines Ventilationsschlauches zur Beatmung der Lunge, einen Drainageanschluss für die Durchführung eines Drainageschlauches zur Drucksteuerung und Luftleckmessung in der Lunge, zwei Perfusionsanschlüsse für die Durchführung von Perfusionsschläuchen zur Perfusion der Lunge sowie einen Ausfluss, welcher mit dem Perfusionsschlauch verbunden ist, auf. Weiterhin weist der Behälter mindestens ein Stützelement an der Unterseite des Behälters auf. Die EVLC-Vorrichtung umfasst weiterhin einen Flüssigkeitskreislauf, welcher ein Flüssigkeitsreservoir aufweist, das eine Flüssigkeit enthält, sowie einen in Fließrichtung der Flüssigkeit nachfolgenden Flüssigkeitsfilter und eine Pumpe. Die Elemente des Flüssigkeitskreislaufes sowie der Perfusionsanschluss werden lösbar mit dem Perfusionsschlauch verbunden. Die EVLC-Vorrichtung umfasst weiterhin eine Temperiervorrichtung für die Flüssigkeit, welche mit dem Flüssigkeitsreservoir über einen Perfusionsschlauch lösbar verbunden ist. Weiterhin umfasst die EVLC-Vorrichtung eine Gasverbindung, welche ein Gasreservoir, das ein Gas enthält, ein in Strömungsrichtung des Gases, nachfolgende Beatmungsmaschine, einen Gasfilter und den die Elemente der Gasverbindung und den Ventilationsschluss lösbar verbindenden Ventilationsschlauch aufweist. Erfindungsgemäß ist durch die EVLC-Vorrichtung das Gas der Gasverbindung in Volumen und Zusammensetzung regelbar sowie die Flüssigkeit des Flüssigkeitskreislaufes in Volumen und Fließgeschwindigkeit regelbar einstellbar. Erfindungsgemäß ist der Behälter zum Ausfluss abwärts geneigt. Weiterhin weist die erfindungsgemäße EVLC-Vorrichtung eine Luftleckmessungs- und Drucksteuerungseinheit auf, welche durch den Drainageschlauch mit dem Drainageanschluss für den Drainageschlauch lösbar verbunden ist Durch die erfindungsgemäße EVLC-Vorrichtung ist weiterhin der Behälter mittels der Luftleckmessungs- und Drucksteuerungseinheit permanent unter einen regelbaren Unterdruck gesetzt.
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Die Elemente der EVLC-Vorrichtung sind mit einer Datenverarbeitungs- und Steuerungseinrichtung gekoppelt, die sowohl die Erfassung der gemessenen Daten aber auch die Steuerung der Beatmungsmaschine, der Luftleckmessungs- und Drucksteuerungseinheit sowie der Pumpe und der Temperiervorrichtung erlauben.
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Die erfindungsgemäße EVLC-Vorrichtung umfasst einen Behälter. In einer Ausführungsform entspricht der Behälter dem Thorax des zu operierenden Patienten.
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Der Behälter ist ausgebildet zur Aufnahme und Aufbewahrung eines Organes, insbesondere von organischen Geweben. Im Folgenden wird das organische Gewebe auch als Lunge bezeichnet. Erfindungsgemäß ist der Behälter zur Aufnahme einer Lunge ausgebildet.
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In einer Ausführungsform besteht der Behälter aus einem thermoplastischen, biokompatiblen Material und nicht-toxischem Kunststoff wie Polylactid, Polycarbonat, Polyethylenterephthalat, Acrylnitril-Butadien-Styrol, Polystyrol oder Acrylglas. In einer alternativen Ausführungsform besteht der Behälter aus einem Metall oder einer Stahllegierung wie bspw. Edelstahl.
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In einer Ausführungsform weist der Behälter einen Innenraum auf. Im Sinne der Erfindung ist der Innenraum des Behälters der zu untersuchende Bereich, in welchem sich die Lunge befindet und welcher von der Umgebung des Behälters isoliert werden kann. Der Innenraum des Behälters umfasst die innere Wand des Hauptgefäßes sowie die innere Wand des Deckels.
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In einer Ausführungsform ist der Innenraum des Behälters nicht-steril gestaltet. Vorteilhaft entfällt dadurch die Benutzung teurer Einwegmaterialien beim OP-Training. In einer alternativen Ausführungsform ist der Innenraum des Behälters steril gestaltet.
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In einer bevorzugten Ausführungsform weist der Behälter eine Außenseite auf. Im Sinne der Erfindung ist die Außenseite des Behälters in Kontakt mit der Umgebung, welche nicht-steril ist.
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In einer Ausführungsform weist der Behälter jegliche denkbar geometrische Form auf. In einer Ausführungsform ist der Behälter quaderförmig gestaltet. In einer alternativen Ausführungsform ist der Behälter würfelförmig gestaltet. In einer Ausführungsform ist der Behälter als Kiste oder Box gestaltet. Vorteilhaft sind die Abmessungen und Geometrien des Behälters variabel gestaltbar, sodass anatomisch unterschiedlich ausgestaltete Lungen in den Innenraum des Behälters einsetzbar sind.
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In einer Ausführungsform weist der Behälter eine Oberseite, eine Unterseite sowie Seitenwände auf. In einer Ausführungsform stellt der Deckel die Oberseite des Behälters dar.
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Erfindungsgemäß weist der Behälter mindestens ein Hauptgefäß und einen Deckel auf.
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In einer Ausführungsform ist der Behälter einteilig ausgebildet und weist nur das Hauptgefäß auf. Vorteilhaft kann damit an der EVLC-Vorrichtung eine Operation am offenen Behälter (ohne Deckel) vorgenommen werden, bei welchem kein Unter- oder Überdruck an die Lunge angelegt wird. In einer Ausführungsform, im Falle der einteiligen Ausbildung des Behälters, kann durch den fehlenden Deckel ein Hautimitat auf das Hauptgefäß gespannt werden.
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In einer weiteren Ausführungsform ist der Behälter mindestens zweiteilig ausgebildet. In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Behälter zweiteilig ausgebildet. In der zweiteiligen Ausbildung umfasst der Behälter ein Hauptgefäß und einen Deckel.
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In einer Ausführungsform ist der Behälter zumindest teilweise transparent ausgestaltet. Vorteilhaft ist dadurch ein Blick in das Innere des Hauptgefäßes auf die Lunge zur visuellen Kontrolle möglich.
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In einer Ausführungsform weist der Behälter mindestens vier voneinander beabstandete Durchführungen auf, welche jeweils in den Seitenwänden des Hauptgefäßes als Bohrungen angebracht sind.
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In einer Ausführungsform weist der Behälter zwei voneinander beabstandete Durchführungen für den Flüssigkeitskreislauf auf, welche jeweils in den Seitenwänden des Hauptgefäßes angebracht sind. In die Durchführungen wird jeweils ein lösbarer Perfusionsanschluss eingesetzt. Vorteilhaft wird durch die Perfusionsanschlüsse eine Abdichtung des Innenraums des Behälters gewährleistet. Weiterhin wird vorteilhaft eine Kontamination des Innenraumes des Behälters vermieden. Erfindungsgemäß weist der Behälter zwei Perfüsionsanschlüsse für die Durchführung von Perfusionsschläuchen zur Perfusion der Lunge auf.
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In einer bevorzugten Ausführungsform sind die Perfusionsanschlüsse als Schlauchkupplungen ausgestaltet. In einer alternativen Ausführungsform sind die Perfusionsanschlüsse als Gummidichtungen oder Silikondichtungen ausgestaltet.
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In einer Ausführungsform sind die beiden Perfusionsschläuche jeweils lösbar an die Perfusionsanschlüsse verbindbar ausgestaltet. In einer Ausführungsform werden pro Perfusionsanschluss jeweils zwei Perfusionsschläuche benötigt. So wird jeweils der von der Außenseite kommende Perfusionsschlauch von der Außenseite des Behälters an den Perfusionsanschluss lösbar verbunden und jeweils ein Perfusionsschlauch von der Innenseite des Behälters an den Perfusionsanschluss lösbar verbunden. In einer alternativen Ausführungsform verläuft der Perfusionsschlauch, welcher von der Außenseite des Behälters kommt, jeweils durch den entsprechenden Perfusionsanschluss hindurch und kommt somit an der Innenseite des Behälters an, wo er an die Lungenarterie angeschlossen wird.
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In einer Ausführungsform weist der Behälter eine Durchführung für die Gasverbindung auf, welche in der Seitenwand des Hauptgefäßes angebracht ist. Pro Durchführung wird jeweils ein lösbarer Ventilationsanschluss eingesetzt. Vorteilhaft wird durch den Ventilationsanschluss eine Abdichtung des Innenraums des Behälters gewährleistet. Weiterhin wird vorteilhaft eine Kontamination des Innenraumes des Behälters vermieden. Erfindungsgemäß weist der Behälter einen Ventilationsanschluss für die Durchführung eines Ventilationsschlauches zur Beatmung der Lunge auf.
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In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Ventilationsanschluss als Schlauchkupplung ausgestaltet. In einer alternativen Ausführungsform ist der Ventilationsanschluss als Gummidichtung oder Silikondichtung ausgestaltet.
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In einer Ausführungsform ist der Ventilationsschlauch lösbar an den Ventilationsanschluss verbindbar ausgestaltet In einer Ausführungsform werden für den Ventilationsanschluss zwei Ventilationsschläuche benötigt. So wird der von der Außenseite kommende Ventilationsschlauch von der Außenseite des Behälters an den Ventilationsanschluss lösbar verbunden und ein Ventilationsschlauch von der Innenseite des Behälters an den Ventilationsanschluss lösbar verbunden. In einer alternativen Ausführungsform verläuft der Ventilationsschlauch, welcher von der Außenseite des Behälters kommt, durch den Ventilationsanschluss hindurch und kommt somit an der Innenseite des Behälters an, wo er an die Trachea der Lunge angeschlossen wird.
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In einer Ausführungsform weist der Behälter eine Durchführung für die Drainage auf, welche in der Seitenwand des Hauptgefäßes angebracht ist. In die Durchführung wird jeweils ein lösbarer Drainageanschluss eingesetzt. Vorteilhaft wird durch den Drainageanschluss eine Abdichtung des Innenraums des Behälters gewährleistet. Weiterhin wird vorteilhaft eine Kontamination des Innenraumes des Behälters vermieden. Erfindungsgemäß weist der Behälter einen Drainageanschluss für die Durchführung eines Drainageschlauches zur Drucksteuerung und Luftleckmessung in der Lunge auf.
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In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Drainageanschluss als Schlauchkupplung ausgestaltet. In einer alternativen Ausführungsform ist der Drainageanschluss als Gummidichtung oder Silikondichtung ausgestaltet.
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In einer Ausführungsform ist der Drainageschlauch lösbar an den Drainageanschluss verbindbar ausgestaltet. In einer Ausführungsform werden für den Drainageanschluss zwei Drainageschläuche benötigt. So wird der von der Außenseite kommende Drainageschlauch von der Außenseite des Behälters an den Drainageanschluss lösbar verbunden und ein Drainageschlauch von der Innenseite des Behälters an den Drainageanschluss lösbar verbunden. In einer alternativen Ausführungsform verläuft der Drainageschlauch, welcher von der Außenseite des Behälters kommt, durch den Drainageanschluss hindurch und kommt somit an der Innenseite des Behälters an.
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In einer Ausführungsform sind die verwendeten Perfusions-, Ventilations- und Drainageschläuche der EVLC-Vorrichtung variabel in der Abmessung und somit Länge, insbesondere was die Abmessung der Schläuche im Innenraum betrifft. Vorteilhaft wird dadurch genügend Spielraum bei unterschiedlich groß ausgestalteten Lungen gewährleistet.
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In einer Ausführungsform umfasst der Behälter bzw. das Hauptgefäß einen Deckel. In einer Ausführungsform umfasst der Behälter mehrere Deckel, welche je nach Anwendungszweck unterschiedlich ausgestaltet und verwendet werden. In einer Ausführungsform sind die Deckel modular nachrüstbar an das Hauptgefäß. Vorteilhaft umfassen die austauschbaren Deckel definierte spezifische Aussparungen mit sich unterscheidenden Abmessungen und Geometrien zur Realisierung und zum Training unterschiedlicher chirurgischer und minimal-invasiv chirurgischer Eingriffe.
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In einer bevorzugten Ausführungsform weist der Deckel eine Öffnung auf. In einer Ausführungsform ist die Öffnung im Deckel als Deckeleinsatzaussparung ausgebildet.
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In einer Ausführungsform weist der Deckel des Behälters zumindest teilweise einen transparenten Deckeleinsatz auf. In einer Ausführungsform ist der transparente Deckeleinsatz in die Öffnung des Deckels einsetzbar. In einer alternativen Ausführungsform ist der transparente Deckeleinsatz aufklappbar.
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In einer Ausführungsform ist der Deckel formschlüssig und lösbar mit dem Hauptgefäß verbunden, sodass der Deckel abnehmbar und austauschbar ist. Vorteilhaft kann der Deckel entfernt werden, um in den Innenraum des Behälters zu gelangen.
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In einer alternativen Ausführungsform erfolgt dieformschlüssige Verbindung des Deckels mit dem Hauptgefäß über Verbindungsmittel. In einer Ausführungsform sind die Verbindungsmittel als Scharniere, Klickverschlüsse, Clips, Schellen, Rasten, Bänder, Gurte oder Magnete mit jeweiligen entsprechenden Gegenstücken zur lösbaren Verbindung ausgestaltet.
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In einer Ausführungsform ist der Behälter derart ausgestaltet, dass der Deckel das Hauptgefäß des Behälters druckdicht abschließt. Erfindungsgemäß ist der Behälter gasdicht, insbesondere luftdicht, verschließbar. Unter einem druckdichten und gasdichten Verschluss wird im Sinne der Erfindung ein Verschluss verstanden, welcher auch unter Beatmung der Lunge den Unterdruck hält. In einer Ausführungsform wird die Dichtigkeit durch eine Dichtung ermöglicht, welche zwischen Deckel und Hauptgefäß des Behälters angeordnet ist. In einer Ausführungsform handelt es sich bei der Dichtung um eine Gummidichtung. Vorteilhaft kann der Behälter dadurch gasdicht abgeschlossen werden und ein kontinuierlicher Unterdruck gewährleistet und somit die anatomische Gegebenheit im menschlichen Brustkorb simuliert werden.
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In einer Ausführungsform ist der transparente Deckeleinsatz als Sichtfenster ausgestaltet. In einer bevorzugten Ausführungsform ist das transparente Sichtfenster in die Öffnung des Deckels einsetzbar. In einer Ausführungsform besteht der transparente Deckeleinsatz des Deckels aus Glas oder transparentem Kunststoff wie bspw. Acrylglas oder Polycarbonat oder einer transparenten Folie. Vorteilhaft ist durch den transparenten Deckeleinsatz ein Blick in den Innenraum des Hauptgefäßes des Behälters auf die Lunge zur visuellen Kontrolle und somit eine kontinuierliche Sichtkontrolle des Innenraums des Behälters möglich. In einer Ausführungsform ist der gesamte Deckel des Behälters als transparenter Deckeleinsatz ausgestaltet. In einer alternativen Ausführungsform ist nur ein Teil des Deckels des Behälters als transparenter Deckeleinsatz ausgebildet. Vorteilhaft kann durch den transparenten Deckeleinsatz ein permanent anliegender Unterdruck im Behälter und somit der gasdichte Abschluss gewährleistet werden.
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In einer Ausführungsform weist der Deckel des Behälters zumindest teilweise einen funktionellen Deckeleinsatz auf. In einer Ausführungsform ist der funktionelle Deckeleinsatz in die Deckeleinsatzaussparung einsetzbar. In einer alternativen Ausführungsform ist der funktionelle Deckeleinsatz aufklappbar.
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In einer weiteren Ausführungsform sind in die Deckeleinsatzaussparung des funktionellen Deckeleinsatzes Hautimitate, welche auch als Hautüberzüge bezeichnet werden, einspannbar. In einer bevorzugten Ausführungsform ist eine anatomische Nachbildung eines Hautüberzuges in die Öffnung des Deckels einsetzbar. In einer bevorzugten Ausführungsform werden über die Öffnung im Deckel mittels geeigneter medizinischer Instrumente Eingriffe n die Lunge vorgenommen. Vorteilhaft kann somit ein operativer Eingriff wie beispielweise das Durchschneiden der Haut am Patienten simuliert werden. Dabei weisen die Hautimitate unterschiedliche und naturgetreue Stärken und mechanische Eigenschaften auf, welche zur Realisierung und zum Training unterschiedlicher chirurgischer und minimal-invasiv chirurgischer Eingriffe angepasst sind. Vorteilhaft können unter Verwendung des funktionellen Deckeleinsatzes somit chirurgische Eingriffe am Behälter und der Lunge vorgenommen werden. Allerdings ist der Innenraum des Behälters dann nicht mehr gasdicht abgeschlossen.
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In einer Ausführungsform werden die Hautimitate in eine Spannvorrichtung eingespannt um sie vorteilhaft gegen Verrutschen oder Herausfallen zu sichern. In einer Ausführungsform weisen die Spannvorrichtungen Öffnungen auf, sodass das darunter liegende Hautimitat für den Benutzer und den chirurgischen Eingriff zugänglich ist. In einer Ausführungsform weist die Öffnung der Spannvorrichtungen unterschiedliche Geometrien auf, sodass unterschiedlich ausgebildete medizinische Instrumente hinein- bzw. hindurch passen. Vorteilhaft können so unterschiedliche chirurgische Szenarien an der EVLC-Vorrichtung trainiert werden. In einer Ausführungsform bestehen die Spannvorrichtungen aus einem Metall wie bspw. Aluminium oder einer Stahllegierung wie bspw. Edelstahl.
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In einer Ausführungsform weisen die Hautimitate zumindest teilweise Silikon- und/oder Latex- und/oder Textilanteile auf. In einer bevorzugten Ausführungsform handelt es sich bei den Hautimitaten um Silikonmatten. In einer Ausführungsform sind die Hautimitate flexibel und nachgiebig gestaltet, wodurch sie vorteilhafte haptische Eigenschaften aufweisen und gut ertastbar sind. Weiterhin weisen die Hautimitate eine gute Durchtrennbarkeit, bspw. beim Schneiden mit einem medizinischen Instrument, auf. In einer Ausführungsform umfassen medizinische Instrumente auch Operationsbestecke.
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Das Training mit der erfindungsgemäßen EVLC-Vorrichtung soll unter möglichst realistischen Bedingungen erfolgen. In einer Ausführungsform ist die Lunge eine Nachbildung einer menschlichen Lunge. Die Lunge, welche während des Trainings verwendet wird, soll möglichst dieselben oder ähnliche Eigenschaften wie eine menschliche Lunge aufweisen.
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In einer Ausführungsform wird die menschliche Lunge durch eine tierische Lunge nachgebildet. In einer weiteren Ausführungsform wird die menschliche Lunge durch eine tierische Lunge von Wirbeltieren nachgebildet. In einer Ausführungsform handelt es sich bei der tierischen Lunge um Schlachtabfälle. Vorteilhaft entfällt somit das eigens für medizinische Zwecke kostenintensive, administrativ zeitaufwendige und ethisch umstrittene Züchten von Versuchstieren, was oftmals die Größe der Versuchsvorhaben einschränkt Vielmehr wird dabei eine nicht mehr für den Verzehr verwertbare tierische Lunge nachhaltig verwertet.
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In einer Ausführungsform handelt es sich bei der Lunge um eine Lunge von Schweinen. Vorteilhaft weisen die Lungen von Schweinen ähnliche bzw. gleiche Eigenschaften von menschlichen Lungen hinsichtlich der Anatomie, Größe, Genetik und Physiologie auf. Daher stellen die Lungen von Schweinen ein gutes chirurgisches Modellsystem dar.
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In einer Ausführungsform weist die Lunge variable Abmessungen auf.
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In einer Ausführungsform wird eine Flüssigkeit und/oder ein Gas durch die Lunge befördert.
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Erfindungsgemäß weist der Behälter an der Unterseite mindestens ein Stützelement auf. In einer Ausführungsform weist der Behälter zwei Stützelemente auf. In einer Ausführungsform sind die Stützelemente an der Unterseite des Behälters angeordnet. In einer Ausführungsform sind die Stützelemente als Standbeine ausgebildet.
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In einer Ausführungsform sind die Stützelemente als sich mit der Unterseite des Behälters punktuell verbundene Stützen ausgebildet. In einer alternativen Ausführungsform sind die Stützelemente als sich mit der Unterseite des Behälters flächig verbundene Stützen ausgebildet. In einer Ausführungsform sind die Stützelemente lösbar mit der Unterseite des Behälters verbunden. Vorteilhaft können die Stützelemente so abgenommen werden und der Behälter in einer ebenen, waagerechten Position verwendet werden.
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In einer Ausführungsform sind die Stützelemente entlang einer Ebene in der Querachse an der Unterseite des Behälters angeordnet. Dadurch steht der Behälter auf einer Seite erhöht und auf der anderen Seite berührt die Unterseite des Behälters die Auflagefläche, auf welcher der Behälter steht. In einer alternativen Ausführungsform sind die Stützelemente entlang einer Ebene in der Längsachse an der Unterseite des Behälters angeordnet. In einer bevorzugten Ausführungsform ist mindestens ein Stützelement höhenverstellbar, d.h. de Höhe des Stützelementes ist variabel einstellbar. Indem die Stützelemente verschiedene Höhen aufweisen, wird damit vorteilhaft eine Neigung des Behälters erreicht.
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In einer Ausführungsform weist der Behälter durch die Anordnung der Stützelemente eine Neigung auf. Dadurch steht der Behälter schräg. Somit weist der Behälter eine höher liegende Stelle und eine niedriger liegende Stelle auf. Die höher liegende Stelle des Behälters ergibt sich aus dem größeren Abstand, welcher von der von der Unterseite des Behälters zum Boden, auf welchem der Behälter steht, gemessen wird. Bei der niedriger liegenden Stelle des Behälters ist der Abstand zwischen Unterseite des Behälters zum Boden, auf welchem der Behälter steht, geringer als es der Abstand an der höher liegenden Stelle des Behälters ist. Im Folgenden wird die höher liegende Stelle auch als höchstes Höhenniveau und die niedriger liegende Stelle auch als niedrigstes Höhenniveau bezeichnet.
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Die Lunge wird so in den Behälter gelegt, dass sich die Trachea im Bereich der höher liegenden Stelle des Behälters befindet. Vorteilhaft nimmt dadurch die im Bereich der höher liegenden Stelle des Behälters eingeleitete und durch die Lunge perfundierende Flüssigkeit eine natürliche Fließrichtung zur niedriger liegenden Stelle des Behälters ein und ist somit einfacher ableitbar. Die niedriger liegende Stelle des Behälters ist jene, welche sich gegenüber der höher liegenden Stelle des Behälters mit den Stützelementen befindet. Die in den Behälter eingeleitete Flüssigkeit wird somit vorteilhaft an der Lungenarterie eingeleitet, fließt aktiv von einer Pumpe befördert durch die Blutgefäße der Lunge und läuft durch die Lungenvene, ab.
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In einer Ausführungsform ist an der niedriger liegenden Stelle des Behälters ein Ausfluss angeordnet. Erfindungsgemäß ist der Behälter zum Ausfluss abwärts geneigt. Die in die niedriger liegende Stelle des Behälters geflossene Flüssigkeit fließt passiv aus der Lunge in den Ausfluss und wird durch eine Pumpe wieder in den Bereich der höher liegenden Stelle des Behälters gepumpt und somit dem Kreislauf wieder zugeführt.
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In einer Ausführungsform wird das passive Abfließen der zu der niedriger liegenden Stelle des Behälters geflossenen Flüssigkeit gefördert, indem die Wände des Innenraums des Hauptgefäßes des Behälters vorteilhaft eine hydrophobe Beschichtung aufweisen. Durch die hydrophobe Beschichtung kann die Flüssigkeit gut von den Wänden abperlen („Lotus-Effekt“).
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In einer Ausführungsform ist die Innenseite des Behälters spezifisch beschichtet, um optimale Fließeigenschaften für die perfundierende Flüssigkeit zu erhalten.
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Erfindungsgemäß umfasst die EVLC-Vorrichtung einen Flüssigkeitskreislauf. Vorteilhaft wird durch den Flüssigkeitskreislauf ein Medium, insbesondere eine Flüssigkeit transportiert In einer bevorzugten Ausführungsform wird die Flüssigkeit durch den Flüssigkeitskreislauf transportiert. Der Flüssigkeitskreislauf weist verschiedene Elemente auf. Erfindungsgemäß weist der Flüssigkeitskreislauf ein Flüssigkeitsreservoir, einen in Fließrichtung der Flüssigkeit nachfolgenden Flüssigkeitsfilter sowie eine Pumpe auf. In einer Ausführungsform zählen zum Flüssigkeitskreislauf weiterhin der Behälter mit Lunge, zwei Perfusionsanschlüsse, welche jeweils beabstandet an den Seitenwänden des Behälters angebracht sind sowie einen am Behälter angebrachten Ausfluss. Erfindungsgemäß sind die Elemente des Flüssigkeitskreislaufes und die Perfusionsanschlüsse lösbar miteinander durch Perfusionsschläuche verbunden. In einer Ausführungsform sind die einzelnen Elemente des Flüssigkeitskreislaufes modular in den Flüssigkeitskreislauf ergänz- und nachrüstbar.
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Im Folgenden wird die transportierte Flüssigkeit auch als Perfusat bezeichnet. In einer Ausführungsform ist die zur Perfusion benötigte Flüssigkeit eine plasmatische oder isotonische Flüssigkeit. In einer Ausführungsform ist die Flüssigkeit eine körperspezifische Flüssigkeit, insbesondere eine Körperflüssigkeit. In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Flüssigkeit eine Körperflüssigkeit, insbesondere Blut. In einer Ausführungsform wird echtes Blut als Flüssigkeit verwendet. Vorteilhaft wird das echte Blut verdünnt, um eine Gerinnung des Blutes zu vermeiden. In einer alternativen Ausführungsform ist die körperspezifische Flüssigkeit die Nachbildung einer Körperflüssigkeit wie bspw. Blut. In einer alternativen Ausführungsform ist die Flüssigkeit eine körperunspezifische Flüssigkeit.
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Der Flüssigkeitskreislauf der EVLC-Vorrichtung wird im Folgenden auch als Perfusionskreislauf oder als Blutkreislauf bezeichnet. Vorteilhaft lässt sich damit an der Lunge eine Durchblutungssituation realistisch simulieren.
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In einer Ausführungsform ist der Flüssigkeitskreislauf geschlossen ausgebildet. Vorteilhaft wird damit der menschliche Blutkreislauf naturgetreu simuliert. In einer alternativen Ausführungsform ist der Flüssigkeitskreislauf halb-offen ausgebildet. In einer weiteren alternativen Ausführungsform ist der Flüssigkeitskreislauf offen ausgebildet.
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In einer Ausführungsform sind die Elemente des Flüssigkeitskreislaufes miteinander durch Perfusionsschläuche verbunden. In einer Ausführungsform ist der Perfusionsschlauch als Schlauch, welcher geeignet ist für den Transport von Flüssigkeiten, ausgebildet. In einer Ausführungsform ist der Perfusionsschlauch mit allen Elementen des Perfusionskreislaufes lösbar verbunden.
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In einer Ausführungsform ist der Perfusionsschlauch mit einem Flüssigkeitsreservoir lösbar verbunden ausgestaltet. Erfindungsgemäß enthält das Flüssigkeitsreservoir eine Flüssigkeit. In einer Ausführungsform ist das Flüssigkeitsreservoir ein Behältnis, welches als Speicher und Sammelstelle für mindestens eine Flüssigkeit ausgebildet ist. In einer Ausführungsform werden Gasbläschen aus der Flüssigkeit durch das Flüssigkeitsreservoir abgefangen.
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In einer Ausführungsform wird die Flüssigkeit aus dem Flüssigkeitsreservoir durch einen sich in Fließrichtung anschließenden Flüssigkeitsfilter befördert. In einer Ausführungsform ist der Flüssigkeitsfilter als Bakterienfilter ausgestaltet. In einer bevorzugten Ausführungsform wird die Flüssigkeit aus dem Flüssigkeitsreservoir durch den Flüssigkeitsfilter gereinigt. Vorteilhaft erfolgt diese Reinigung der Flüssigkeit vor Eintritt derselben in den Behälter und der Lunge und verhindert so eine mögliche mikrobielle Kontamination des Behälters und der Lunge.
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In einer Ausführungsform wird die Flüssigkeit von dem Flüssigkeitsfilter über den Perfusionsschlauch durch eine sich in Fließrichtung der Flüssigkeit anschließende Pumpe geleitet. In einer Ausführungsform dient die Pumpe der aktiven Beförderung und Zirkulation der Flüssigkeit in dem Flüssigkeitskreislauf.
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In einer Ausführungsform ist die Pumpe als Rollpumpe ausgestaltet. In einer alternativen Ausführungsform ist die Pumpe als Zentrifugalpumpe ausgestaltet. In einer weiteren alternativen Ausführungsform ist die Pumpe als Peristaltikpumpe ausgestaltet. In einer weiteren alternativen Ausführungsform ist die Pumpe als Durchlaufpumpe ausgestaltet. In einer weiteren alternativen Ausführungsform ist die Pumpe als Spritzenpumpe ausgestaltet.
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Erfindungsgemäß ist die Flüssigkeit des Flüssigkeitskreislaufes in Volumen und Fließgeschwindigkeit regelbar einstellbar. In einer Ausführungsform ist die Fließgeschwindigkeit und der Volumenstrom der Flüssigkeit durch die Drehzahl der Pumpe regelbar eingestellt. Vorteilhaft wird somit der menschliche Kreislauf naturgetreu simuliert. So wird im Falle einer OP-Simulation und bspw. dem Verletzen von Blutgefäßen der Lunge mit einem einhergehenden Adrenalinausstoß die Flüssigkeit schneller durch die Lunge gepumpt. Bevorzugt wird die Flüssigkeit langsamer durch die Lunge gepumpt, um Ödeme während des Trainings an der Lunge zu vermeiden. In einer Ausführungsform werden stufenlos von wenigen ml/min bis zu 8 l/min Volumen gefördert. In einer bevorzugten Ausführungsform weist die Flüssigkeit im Flüssigkeitskreislauf eine Fließgeschwindigkeit von wenigen ml/min bis zu 8 l/min auf.
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In einer Ausführungsform wird die Flüssigkeit von der Pumpe über den Perfusionsschlauch durch den sich in Fließrichtung anschließenden Perfusionsanschluss an der Seitenwand des Behälters in den Innenraum des Behälters geleitet. Vorteilhaft dient die Pumpe dabei dem Durchleiten der Flüssigkeit vom Bereich der niedriger liegenden Stelle zum Bereich der höher liegenden Stelle des Behälters. Vorteilhaft wird damit der kleine Blutkreislauf des menschlichen Körpers simuliert und die Perfusion der Lunge ermöglicht.
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In einer bevorzugten Ausführungsform die Lungenarterie im Innenraum des Behälters mit dem Flüssigkeitskreislauf über den Perfusionsschlauch lösbar verbunden. In einer bevorzugten Ausführungsform wird die Flüssigkeit durch die Pumpe über den Perfusionsschlauch in die Lungenarterie befördert. In einer bevorzugten Ausführungsform wird die Flüssigkeit von der Lungenarterie durch die Lunge in die Lungenvene. In einer Ausführungsform wird die Flüssigkeit von der Lungenarterie durch die Blutgefäße der Lunge in die Lungenvene geleitet und durchblutet somit die Lunge. In einer Ausführungsform tritt die Flüssigkeit aus der Lungenvene aus.
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Das aus der Lungenvene austretende Blut wird in einen Ausfluss geleitet und dort gesammelt. In einer Ausführungsform ist ein Ausfluss an der Unterseite des Behälters angeordnet. In einer weiteren Ausführungsform ist der Ausfluss an der Unterseite der niedriger liegenden Stelle des Behälters angeordnet. In einer Ausführungsform ist der Ausfluss trichterförmig ausgebildet. In einer alternativen Ausführungsform ist der Behälter an einer Stelle der Unterseite, vorteilhaft der niedriger liegenden Stelle, trichterförmig ausgebildet. Vorteilhaft wird somit die dort ankommende Flüssigkeit effektiv und vollständig ohne Rückreste in den Ausfluss eingeleitet.
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Der Ausfluss ist mit einem Perfusionsschlauch lösbar verbunden. Dadurch wird die durch die Lunge geleitete Flüssigkeit über diesen Perfusionsschlauch dem Flüssigkeitsreservoir wieder zugeführt.
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Erfindungsgemäß ist an das Flüssigkeitsreservoir eine Temperiervorrichtung für die Flüssigkeit lösbar verbunden. Die Temperiervorrichtung ist optional an den Flüssigkeitskreislauf anschließbar. In einer Ausführungsform ist die Temperiervorrichtung als Wärmetauscher ausgestaltet. In einer alternativen Ausführungsform ist die Temperiervorrichtung als Heizung und/oder Kühlung ausgestaltet In einer bevorzugten Ausführungsform erwärmt und/oder kühlt die Temperiervorrichtung die Flüssigkeit. In einer Ausführungsform erfolgt durch die Temperiervorrichtung ein kontinuierlicher Temperaturaustausch mit dem Flüssigkeitsreservoir, wodurch vorteilhaft die Temperatur der Flüssigkeit damit geregelt und über einen gewissen Zeitraum einstellbar ist. Vorteilhaft kann somit die Flüssigkeit mit verschiedenen Temperaturen durch den Flüssigkeitskreislauf gepumpt werden.
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In einer Ausführungsform reichen die durch die Temperiervorrichtung einstellbaren Temperaturen von unter Zimmertemperatur bis 45°C. In einer Ausführungsform reichen die durch die Temperiervorrichtung stufenlos einstellbaren Temperaturen von-20°C und +42°C, bevorzugt von +25°C bis +45°C, ganz bevorzugt von +32°C bis +45°C, ganz bevorzugt auf den Bereich der Körpertemperatur von +37°C. In einer bevorzugten Ausführungsform weist die Flüssigkeit eine konstante Körpertemperatur auf. In einer Ausführungsform erfolgt die optimierte Organpräservation bei -20°C bis +10°C, was ebenfalls durch die Temperiervorrichtung regelbar ist.
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Erfindungsgemäß umfasst die EVLC-Vorrichtung eine Gasverbindung. Vorteilhaft wird durch die Gasverbindung ein Medium, insbesondere ein Gas transportiert In einer bevorzugten Ausführungsform wird Gas über die Gasverbindung befördert. Die Gasverbindung weist verschiedene Elemente auf.
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Erfindungsgemäß weist die Gasverbindung ein Gasreservoir, eine in Strömungsrichtung des Gases nachfolgende Beatmungsmaschine und einen Gasfilter auf. In einer Ausführungsform zählen zur Gasverbindung weiterhin der Behälter mit Lunge sowie ein Ventilationsaischluss, welcher an der Seitenwand des Behälters angebracht ist. Erfindungsgemäß sind die Elemente der Gasverbindung und der Ventilationsanschluss lösbar miteinander durch Ventilationsschläuche verbunden. In einer Ausführungsform sind die einzelnen Elemente des Gaskreislaufes modular in die Gasverbindung ergänz- und nachrüstbar.
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In einer Ausführungsform umfasst das zur Beatmung benötigte Gas verschiedene Gase, vorzugsweise Gase, welche zur Aufrechterhaltung von physiologischen Funktionen dienen. In einer Ausführungsform setzt sich das Gas aus Luft, insbesondere Raum- oder Umgebungsluft mit variablem Sauerstoffanteil, zusammen. In einer bevorzugten Ausführungsform ist das Gas ein Luftgemisch, insbesondere Atemluft. In einer weiteren Ausführungsform setzt sich das Gas aus Atemluft mit variablem Sauerstoffanteil als Atemluftzusammensetzung zusammen. Vorzugsweise weist die Atemgasmischung einen variablen Sauerstoffanteil auf. In einer bevorzugten Ausführungsform weist das Gas eine Atemluftzusammensetzung mit einem Sauerstoffanteil von 30% auf.
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In einer alternativen Ausführungsform weist das Gas eine spezielle Zusammensetzung auf. In einer weiteren alternativen Ausführungsform ist das Gas reines Kohlenstoffdioxid. In einer weiteren alternativen Ausführungsform ist das Gas reiner Stickstoff. In einer weiteren alternativen Ausführungsform ist das Gas reiner Sauerstoff. In einer Ausführungsform weist das Gas eine Mischung aus Bestandteilen auf, welche zu einer Steigerung der Haltbarkeit der Lunge führt. In einer weiteren Ausführungsform können variable Anteile anderer Gase wie Narkosegase und/oder Stickstoffmonoxid beigemischt werden, um deren Einfluss auf die Funktion der Lunge zu untersuchen.
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Durch die Gasverbindung der EVLC-Vorrichtung lässt sich vorteilhaft an der Lunge eine Beatmungssituation und Respiration realistisch simulieren.
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In einer Ausführungsform sind die Elemente der Gasverbindung miteinander durch Ventilationsschläuche verbunden. In einer Ausführungsform ist der Ventilationsschlauch als Schlauch, welcher geeignet ist für den Transport von Gasen, ausgebildet. In einer Ausführungsform ist der Ventilationsschlauch mit allen Elementen der Gasverbindung lösbar verbunden. Der Ventilationsschlauch wird auch als Druckregulierungsschlauch bezeichnet.
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In einer Ausführungsform ist der Ventilationsschlauch mit einem Gasreservoir lösbar verbunden ausgestaltet. Erfindungsgemäß enthält das Gasreservoir ein Gas. In einer Ausführungsform ist das Gasreservoir ein Behältnis, welches als Speicher und Sammelstelle für mindestens ein Gas ausgebildet ist.
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In einer Ausführungsform wird das Gas von dem Gasreservoir über den Ventilationsschlauch durch eine sich in Strömungsrichtung des Gases anschließende Beatmungsmaschine befördert. In einer bevorzugten Ausführungsform wird das Gas von dem Gasreservoir zu der Beatmungsmaschine befördert. Erfindungsgemäß ist das Gas des Gaskreislaufes in Volumen und Zusammensetzung regelbar einstellbar. In einer Ausführungsform regelt die Beatmungsmaschine die Zusammensetzung und den Volumenstrom des Gases in der Gasverbindung. In einer Ausführungsform legt die Beatmungsmaschine einen Überdruck an, welcher durch den Ventilationsschlauch in die Lunge weitergeleitet wird und somit für ein Aufblasen der Lunge sorgt.
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In einer Ausführungsform wird das Gas von der Beatmungsmaschine über den Ventilationsschlauch durch einen sich in Strömungsrichtung des Gases anschließenden Gasfilter geleitet. In einer Ausführungsform ist der Gasfilter als Bakterienfilter ausgestaltet. In einer bevorzugten Ausführungsform wird das Gas aus dem Gasreservoir durch den Gasfilter gereinigt. Vorteilhaft erfolgt diese Reinigung des Gases vor Eintritt desselben in den Behälter und der Lunge und verhindert so eine mögliche mikrobielle Kontamination des Behälters und der Lunge. In einer Ausführungsform ist der Gasfilter am Behälter angeordnet.
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In einer Ausführungsform wird das Gas von dem Gasfilter über den Ventilationsschlauch durch den sich in Strömungsrichtung anschließenden Ventilationsanschluss an der Seitenwand des Behälters in den Innenraum des Behälters geleitet.
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In einer bevorzugten Ausführungsform wird die Trachea im Innenraum des Behälters mit der Gasverbindung über den Ventilationsschlauch lösbar verbunden. In einer Ausführungsform wird das Gas von der Trachea in die Lungenbläschen geleitet und belüftet und beatmet somit die Lunge. Aus der Lunge entweicht das Gas anschließend zurück in den Ventilationsschlauch. Vorteilhaft entweicht das genutzte rückgeleitete Gas nicht in die Gasverbindung zurück, sondern in die Umgebung.
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In einer Ausführungsform weist die EVLC-Vorrichtung eine Drainage zur Erzeugung eines Unterdruckes durch Absaugen des Gases im Behälter auf. In einer Ausführungsform weist die Drainage eine digitale Luftleckmessungs- und Drucksteuerungseinheit, im Folgenden als Luftleckmessungs- und Drucksteuerungseinheit bezeichnet, sowie einen Drainageschlauch und einen Drainageanschluss an der Seitenwand des Behälters auf. Erfindungsgemäß weist die EVLC-Vorrichtung eine Luftleckmessungs- und Drucksteuerungseinheit auf, welche mit dem Drainageschlauch und dem Drainageanschluss für den Drainageschlauch lösbar verbunden ist.
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Erfindungsgemäß ist der Behälter mittels der Luftleckmessungs- und Drucksteuerungseinheit permanent unter einen regelbaren Unterdruck gesetzt. Indem der Behälter auf Unterdruck gesetzt ist, ist es auch die in ihm enthaltene Lunge, wodurch ein anatomisch realistischer Zustand der Lunge im Brustkorb realisiert wird.
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In einer Ausführungsform erfolgt ein stufenloser Verlauf des angelegten Druckes von 0 bis-70 cmH2O. In einer Ausführungsform ist der angelegte Druck variabel und konstant einstellbar. In einer bevorzugten Ausführungsform wird über die Luftleckmessungs- und Drucksteuerungseinheit und den Drainageschlauch ein Druck von -8 cmH2O an die Lunge angelegt. Dies entspricht vorteilhaft dem physiologischen Unterdruck im menschlichen Brustkorb. Das Anlegen eines Unterdrucks ist zwingende Voraussetzung für eine naturgetreue Simulation der physiologischen Lungenfunktion.
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In einer Ausführungsform ist der Drainageschlauch als Schlauch, welcher geeignet ist für den Transport von Gasen unter Unterdruckbedingungen, ausgebildet.
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In einer Ausführungsform ist der Drainageschlauch im Innenraum des Behälters lokalisiert.
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In einer Ausführungsform weist der Drainageschlauch an seinem Ende, welches in den Behälter ragt, ein Druckmessgerät auf. In einer Ausführungsform wird der Drainageschlauch in den Behälter eingeführt, wodurch aktiv der Druck im Behälter gemessen wird. In einer Ausführungsform erfolgt dadurch ein kontinuierlicher Datenaustausch zwischen dem in den Behälter ragenden Ende des Drainageschlauches und den dortigen Unterdruck misst und der Luftleckmessungs- und Drucksteuerungseinheit. In einer Ausführungsform regelt somit die Luftleckmessungs- und Drucksteuerungseinheit aufgrund der eintreffenden Messergebnisse aus dem Behälter den dortigen Unterdruck. In einer Ausführungsform garantiert die Luftleckmessungs- und Drucksteuerungseinheit somit einen konstant bleibenden Unterdruck und verhindert einen Druckabfall im Behälter.
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In einer Ausführungsform kann durch die der Luftleckmessungs- und Drucksteuerungseinheit auch die Größe eines Lungenlecks bestimmt werden und so vorteilhaft verschiedene Lungenkleber getestet werden.
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In einer Ausführungsform verhindert die Luftleckmessung- und Drucksteuerungseinheit die Bildung eines Überdruckes im Behälter, welcher durch das aus der Lunge entweichende Gas hervorgerufen würde.
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In einer Ausführungsform misst die Luftleckmessungs- und Drucksteuerungseinheit kontinuierlich, ob der Unterdruck im Behälter gehalten werden kann. In einer weiteren Ausführungsform misst die Luftleckmessungs- und Drucksteuerungseinheit das Volumen an Gas, welches aus der Lunge entweicht. Vorteilhaft stellt die Luftleckmessungs- und Drucksteuerungseinheit einen konstanten Unterdruck im Behälter sicher. Entweicht Luft aus der Lunge, entspricht dies einem Luftleck. In einer Ausführungsform dient die Luftleckmessungs- und Drucksteuerungseinheit der Messung eines Luftlecks in Echtzeit. In einer Ausführungsform stellt die Luftleckmessungs- und Drucksteuerungseinheit ein konstantes Druckniveau im Behälter bereit, womit vorteilhaft bspw. ein Pneumothorax simuliert werden kann.
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In einer bevorzugten Ausführungsform ist die EVLC-Vorrichtung modular gestaltet. Unter einer modularen Ausgestaltung wird im Sinne der Erfindung die Kombinations- und Austauschmöglichkeit unterschiedlich ausgestalteter Komponenten der EVLC-Vorrichtung verstanden. So ist bspw. der Behälter modular aufgebaut sowie mit weiteren Modulen bestück- und erweiterbar. So können die Durchführungen im Behälter bspw. auch abgedichtet werden und bei Erweiterung des Behälters verwendet werden. Je nach gewünschter Übungssituation oder Forschungsfrage können weitere Module an den Behälter angeschlossen werden wie bspw. eine Temperiervorrichtung oder weitere Monitoring-Einheiten.
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In einer Ausführungsform stellt die EVLC-Vorrichtung durch die Vermeidung der Verwendung von Versuchstieren in der medizinischen Forschung und Ausbildung eine kosteneffiziente Übungsmöglichkeit dar.
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In einer Ausführungsform ist die EVLC-Vorrichtung innovativ ausgestaltet, wodurch sich vorteilhaft eine kontinuierliche Messung der Dichtigkeit des Lungengewebes durchführen lässt. Diese ist für die Detektion von Luftleckes notwendig, die durch die Undichtigkeit des Behälters und/oder durch eine Verletzung der Lunge hervorgerufen wird. Diese Funktion ist unerlässlich für die physiologiegetreue Nachahmung von in vivo Situationen und der damit einhergehenden wissenschaftlichen Fragestellungen.
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In einer Ausführungsform ist die EVLC-Vorrichtung funktionsoptimiert ausgestaltet. Vorteilhaft lassen sich EVLC-Untersuchungen von Zeiträumen von zwei Stunden oder mehr als zwei Stunden ermöglichen.
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In einer bevorzugten Ausführungsform ist die EVLC-Vorrichtung transportabel gestaltet. Vorteilhaft kann die EVLC-Vorrichtung somit leicht transportiert werden und ist im mobilen Einsatz und ortsungebunden verwendbar.
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In einer Ausführungsform umfasst die EVLC-Vorrichtung weiterhin ein Bildgebungsmodul, welches mit einer optischen Sensorik ausgestaltet ist In einer Ausführungsform ist das Bildgebungsmodul an einem minimal-invasivem Operationsbesteck wie einem Endoskop befestigt. In einer Ausführungsform handelt es sich bei dem Bildgebungsmodul um ein miniaturisiertes System mit Monitor inkl. optoelektronischen Detektionsmittel, Ansteuerung und digitaler Verarbeitung des Bildsignals für Aufnahmen im Mikro- und Makrobereich. In einer Ausführungsform ist das optoelektronische Detektionsmittel als Kamera, bevorzugt als Videokamera ausgestaltet. Vorteilhaft werden die im Behälter an der Lunge stattfindenden operativen Eingriffe, bzw. deren Auswirkungen, aufgenommen, direkt auf die Wiedergabeeinheit übertragen und als Echtzeit-Feedback sowie zur Dokumentation der Ergebnisse genutzt. Weiterhin vorteilhaft können so video-assistierte OP-Trainings stattfinden bzw. die Resultate von im Rahmen wissenschaftlicher Untersuchungen an der Lunge vorgenommener Interventionen live dokumentiert werden.
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In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst der Behälter der EVLC-Vorrichtung mindestens ein Beleuchtungselement. In einer Ausführungsform handelt es sich bei dem Beleuchtungselement um eine Lampe. In einer bevorzugten Ausführungsform handelt es sich bei dem Beleuchtungselement um eine LED. In einer Ausführungsform sind die Beleuchtungselemente voneinander beabstandet an der Innenseite des Hauptgefäßes, insbesondere an der oberen deckelnahen Innenseite des Hauptgefäßes des Behälters angeordnet.
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Vorteilhaft wird somit der zu behandelnde, bzw. zu beobachtende Bereich der Lunge im Behälter gut ausgeleuchtet, wodurch eine bessere Orientierung ermöglicht wird.
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In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst der Behälter anatomische Nachbildungen von Knochengewebe aus dem Brustkorb. In einer Ausführungsform handelt es sich bei der anatomischen Nachbildung von Knochengewebe aus dem Brustkorb um Rippen.
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In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst der Behälter ein Brustkorbimitat. In einer Ausführungsform wird das Brustkorbimitat durch die Rippen gebildet. In einer weiteren Ausführungsform ist das Brustkorbimitat an der Innenseite des Behälters angeordnet. Das Brustkorbimitat wird auf das Hauptgefäß des Behälters aufgesetzt und ersetzt den Deckel des Behälters. In einer Ausführungsform ist das Brustkorbimitat speziell für chirurgische und minimalchirurgische Zwecke geeignet, wodurch der Innenraum des Behälters nicht mehr gasdicht abgeschlossen ist.
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In einer Ausführungsform ist das Brustkorbimitat über eine mindestens Halterung stabil mit dem Behälter verbunden. In einer Ausführungsform ist die mindestens eine Halterung an der Seitenwand des Hauptgefäßes des Behälters angebracht. In einer Ausführungsform gibt es pro Rippe eine Halterung, welche jeweils an den Enden der Rippen mit diesen befestigt ist. Die Halterung weist dabei eine Aussparung auf, in welche die Rippe befestigt wird.
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In einer Ausführungsform wird über das Brustkorbimitat und die Rippen ein Hautimitat gezogen. In einer weiteren Ausführungsform weist das Hautimitat eine definierte Stärke und mechanische Eigenschaften auf. Vorteilhaft sind dadurch unter dem Hautimitat liegende anatomische Nachbildungen von Rippen ertastbar. Vorteilhaft können die medizinischen Instrumente gezielt am Brustkorbimitat angesetzt werden und die darunterliegende Lunge im Hauptgefäß operiert werden.
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In einer Ausführungsform werden anatomisch reale Rippen, bevorzugt Schweinerippen, verwendet.
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In einer weiteren Ausführungsform werden anatomische Nachbildungen von Rippen verwendet. Dabei werden diese mittels additiver Fertigungsverfahren auf Basis von anonymisierten dreidimensionalen Patientendaten hergestellt. In einer Ausführungsform können die Patienten-spezifischen Rippennachbildungen anatomisch korrekt vorliegen. In einer weiteren Ausführungsform sind die Rippen gewölbt, sodass sie bogenförmig aus dem Hauptgefäß des Behälters ragen. In einer weiteren Ausführungsform können die Patienten-spezifischen Rippennachbildungen Eigenschaften von pathologischen Wachstum (Fehlbildungen) besitzen. In einer Ausführungsform können diese Rippenanomalien für die Simulation von Eingriffen bei Patienten mit Fehlbildungen des Thorax im Rahmen eines OP-Trainings verwendet werden. In einer weiteren Ausführungsform werden idealisierte bzw. abstrahierte Rippennachbildungen verwendet. Die Rippen werden dabei aus Metall oder Kunststoff gebogen und bilden anatomische Rippen korrekt ab.
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Erfindungsgemäß ist die EVLC-Vorrichtung zum Training chirurgischer und minimal-invasiv chirurgischer Eingriffen geeignet. Insbesondere können thoraxchirurgische Fragestellungen praktisch bearbeitet werden, bspw. durch die Simulation eines Pneumothorax. Zu den chirurgischen Eingriffen zählt das Entfernen von Metastasen oder gut- oder bösartigen Tumoren oder die Transplantation von organischen Geweben, bspw. der Lunge Weiterhin zählt zu den chirurgischen Eingriffen die Transplantation von Organen, wie bspw. der Lunge. Mit Hilfe der EVLC-Vorrichtung können alle gängigen Operationsverfahren wie anatomische oder extraanatomische Lungenresektionen, VATS-Lobektomien oder auch erweiterte Resektionen einschließlich Manschettenresektionen trainiert werden. Die EVLC-Vorrichtung dient dabei der Ausbildung von angehenden Ärzten, insbesondere Thoraxchirurgen und Pneumologen, sowie medizinischem Personal. Weiterhin können Fachärzte bzw. medizinisches Personal mit Hilfe der EVLC-Vorrichtung chirurgische und minimal-invasive chirurgische und/oder bronchoskopische Fähigkeiten und Techniken sowie die Simulation komplexer Eingriffe weiter ausbauen und spezialisieren. In einer weiteren Ausführungsform ist die EVLC-Vorrichtung für bronchoskopische Untersuchungen geeignet.
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Erfindungsgemäß ist die EVLC-Vorrichtung weiterhin für Forschungszwecke geeignet. Beispielsweise werden Gewebekleber, insbesondere Lungenkleber, die für den intraoperativen Einsatz am Menschen zum Abdichten von Luftlecks entwickelt werden, mit der erfindungsgemäßen EVLC-Vorrichtung unter real simulierten Bedingungen, wie bspw. physiologischer Unterdruck im Brustkorb oder der Beatmung mit verschiedenen Druckniveaus, auf ihre Funktionalität, Sicherheit sowie Nicht-Toxizität getestet.
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In einer weiteren Ausführungsform ist die Zusammensetzung des Gases durch die Beatmungsmaschine regel- und variierbar, wodurch vorteilhaft unter real simulierten physiologischen Bedingungen getestet werden kann, wie die Lunge auf verschiedene Gaszusammensetzungen reagiert.
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Weitere Forschungszwecke umfassen die Transplantationsforschung, in welcher Aspekte wie die Langzeit-Organpräservation, die Optimierung minderwertiger Transplantate, die immunologische Testung humanisierter Schweinelungen sowie die Reduktion der Abstoßungsreaktion untersucht wird.
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In einer weiteren Ausführungsform kann mit der erfindungsgemäßen EVLC-Vorrichtung ein Ödem in den Lungengefäßen simuliert werden, in dem die Flüssigkeitspumpe eine höhere Fließgeschwindigkeit einstellt. Das Ödem kann dabei durch bronchoskopische Verfahren durch Einführung eines medizinischen Instrumentes in die Trachea betrachtet werden.
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Auch in der regenerativen Medizin findet die erfindungsgemäße EVLC-Vorrichtung Verwendung, so bspw. in der Entwicklung von neuartigen Stammzelltherapien. Hierbei wird versucht defektes, bzw. krankhaftes, oder sogar malignes Gewebe durch Stammzellderivate zu regenerieren. Die Applikation des Stammzell-basierten Therapeutikums kann in der Erfindung über die Ventilation und/oder die Perfusion erfolgen. Ein weiterer Anwendungsbereich ist die Krankheitsmodellierung, bei welcher genetisch, bzw. Verletzungs-bedingte Krankheiten und deren Verläufe beobachtet und eine medikamentöse Behandlung vorgenommen, bzw. getestet werden. Ein weiterer besonderer Vorteil ist die von anderen Organsystemen unabhängige und somit isoliert betrachtbare Situation und die in hohem Maße gegebene Kontrollierbarkeit derselben.
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Zur Erfindung gehört auch ein Verfahren zum Training chirurgischer und minimal-invasiver chirurgischer Eingriffe sowie für Forschungszwecke einer in einem Behälter einer erfindungsgemäßen Ex vivo-Lungenkreislauf- und Ventilations-Vorrichtung mit folgenden Schritten:
- a. Lösbares Verbinden der Lungenarterie der Lunge im Innenraum des Behälters mit dem Flüssigkeitskreislauf über den Perfusionsschlauch, wobei die Flüssigkeit vom Flüssigkeitsreservoir durch den Flüssigkeitsfilter gereinigt wird und durch die Pumpe über den Perfusionsschlauch in die Lungenarterie durch die Lunge bis zur Lungenvene befördert wird und durch die Neigung des Behälters von der Lungenvene in den Ausfluss fließt, wobei die Flüssigkeit durch eine Temperiervorrichtung erwärmt und/oder gekühlt wird,
- b. Lösbares Verbinden der Trachea im Innenraum des Behälters mit der Gasverbindung über den Ventilationsschlauch, wobei das Gas vom Gasreservoir zu einer Beatmungsmaschine befördert und durch einen Gasfilter gereinigt wird, zur Beatmung der Lunge,
wobei der Behälter mittels der Luftleckmessungs- und Drucksteuerungseinheit permanent unter einen regelbaren Unterdruck gesetzt wird, das Gas in Volumen und Zusammensetzung durch die Beatmungsmaschine geregelt eingestellt wird, die Flüssigkeit in Volumen und Fließgeschwindigkeit durch die Pumpe geregelt eingestellt wird, und über die Öffnung im Deckel mittels geeigneter medizinischer Instrumente Eingriffe in die Lunge vorgenommen werden.
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Vorteilhaft weist die Flüssigkeit eine konstante Körpertemperatur auf.
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Die Flüssigkeit wird nach einer Ausgestaltung des Verfahrens durch den Flüssigkeitskreislauf befördert und weist eine Fließgeschwindigkeit von wenigen ml/min bis 8 l/min auf.
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Das Gas wird durch die Gasverbindung befördert, welches eine Atemluftzusammensetzung mit einem Sauerstoffanteil von 30% aufweist.
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Vorteilhaft wird über die Luftleckmessungs- und Drucksteuerungseinheit und den Drainageschlauch ein Druck von -8 cmH2O an die Lunge angelegt.
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Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung und dem erfindungsgemäßen Verfahren können chirurgische und minimal-invasive chirurgische Eingriffe vorgenommen und trainiert werden. Weiterhin kann die Vorrichtung für Forschungszwecke, z.B. zur Testung von Klebern zum Verschluss von Lungenverletzungen genutzt werden.
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Für die Realisierung der Erfindung ist es auch zweckmäßig, die vorbeschriebenen erfindungsgemäßen Ausgestaltungen, Ausführungsformen und Merkmale der Ansprüche in jeder Anordnung miteinander zu kombinieren.
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Ausführungsbeispiele
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Nachfolgend soll die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels eingehender erläutert werden. Das Ausführungsbeispiel bezieht sich auf eine EVLC-Vorrichtung und soll dabei die Erfindung beschreiben ohne diese zu beschränken.
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Anhand von Zeichnungen wird die Erfindung näher erläutert. Dabei zeigen
- 1 zeigt den Behälter der EVLC-Vorrichtung zur Aufnahme einer Lunge,
- 2 ein Schema der Funktionsweise der EVLC- Vorrichtung mit Behälter und Peripherie,
- 3 zeigt mögliche Ausgestaltungen des Deckels des Behälters,
- 4 zeigt eine vertikale Schnittansicht eines Deckels mit funktionellem Deckeleinsatz,
- 5 zeigt den Behälter der EVLC-Vorrichtung zur Aufnahme einer Lunge mit einem Brustkorb- und Hautimitat.
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1 zeigt einen zusammengebauten Behälter 10 der EVLC-Vorrichtung von der Seite. Eine Lunge 3, bei welcher es sich um Schlachtabfall eines Schweines handelt, befindet sich im Hauptgefäß 23 des Behälters 10, welchen ein Deckel 1 mit einem transparenten Deckeleinsatz 2 luftdicht verschließt. Der Deckel 1 des Behälters 10 ist mit dem Hauptgefäß 23 des Behälters 10 durch eine Dichtung 32, welche als Gummidichtung ausgeführt ist, gasdicht abschließbar. Der transparente Deckeleinsatz 2 ist als Sichtfenster aus Glas ausgebildet. Der Behälter 10 steht auf zwei Stützelementen 6, welche an der Unterseite 37 des Behälters 10 montiert sind und eine unterschiedliche Höhe aufweisen, sodass der Behälter 10 zum Ausfluss 4 geneigt steht.
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Die EVLC-Vorrichtung weist einen Perfusionskreislauf auf. Die Lunge 3 wird mit dem Flüssigkeitskreislauf der EVLC-Vorrichtung verbunden. Die Flüssigkeit ist Blut, welches aus dem Flüssigkeitsreservoir 12 (in der der Figur nicht gezeigt) außerhalb des Behälters 10 stammt und durch eine mit dem Flüssigkeitsreservoir 12 verbundene Temperiervorrichtung 13 (in der der Figur nicht gezeigt) auf eine konstant eingestellte Körpertemperatur erwärmt wurde. Das Blut fließt im Perfusionsschlauch 5 durch einen Flüssigkeitsfilter 27 (in der der Figur nicht gezeigt), wo es gereinigt und mittels einer Pumpe 26 (in der der Figur nicht gezeigt), welche als Rollpumpe ausgebildet ist, aktiv in den Behälter 10 befördert wird. In zwei voneinander beabstandete Durchführungen in der Seitenwand des Hauptgefäßes 23 des Behälters 10 sind gasdichtende Schlauchkupplungen 7 als Perfusionsanschlüsse eingesetzt, wobei durch einen Perfusionsanschluss der das Blut führende Perfusionsschlauch 5 in das Hauptgefäß 23 des Behälters 10 geführt wird und durch den anderen Perfusionsschlauch das Blut anschließend wieder ausgeleitet wird. Der Perfusionsschlauch 5 ist mit der Lungenarterie verbunden, sodass das im Perfusionsschlauch 5 enthaltene Blut in die Lungenarterie der Schweinelunge 3 geleitet wird.
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Das durch die Lungenarterie in die Schweinelunge 3 eingeleitete Blut wird durch die Lunge zur bis zur Lungenvene transportiert. Durch die Neigung des Behälters 10 wird das Blut von der Lungenvene in den Ausfluss 4 des Behälters 10 geleitet, welcher durch die Neigung des Behälters 10 an der niedriger liegenden Seite des Behälters 10 platziert ist. Der Ausfluss 4 ist als Trichter ausgebildet, wodurch sämtliches durch die Lunge 3 geleitetes Blut gesammelt wird. Auch der Ausfluss 4 ist durch eine Dichtung gasdicht ausgebildet. Der Ausfluss 4 ist mit einem Perfusionsschlauch 5 verbunden, sodass das im Ausfluss 4 gesammelte Blut aus dem Behälter 10 ausfließen und in das Flüssigkeitsreservoir 12 (in der Figur nicht gezeigt) rückgeführt werden kann.
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Die EVLC-Vorrichtung weist weiterhin eine Gasverbindung auf. Die Lunge 3 wird mit der Gasverbindung der EVLC-Vorrichtung verbunden. Das Gas ist eine Atemgasmischung mit einem 30%igen Sauerstoffanteil. Die Atemgasmischung stammt aus dem Gasreservoir 11 (in der der Figur nicht gezeigt) außerhalb des Behälters 10 und strömt im Ventilationsschlauch 8 durch eine Beatmungsmaschine 25 (EVITA 2, Draeger, Lübeck, in der der Figur nicht gezeigt) zu einem Gasfilter 9 (in der der Figur nicht gezeigt), wo die Atemgasmischung gereinigt wird und in den Behälter 10 befördert wird. Die Schweinelunge 3 wird so im Hauptgefäß 23 des Behälters 10 angeordnet, dass sich die Trachea im Bereich der höher liegenden Stelle des Behälters 10 befindet (in 1 somit auf der linken Seite des Behälters). In eine Durchführung in der Seitenwand des Hauptgefäßes 23 des Behälters 10 ist eine gasdichtende Schlauchkupplung 7 als Ventilationsanschluss eingesetzt, durch welche der das Gas führende Ventilationsschlauch 8 in das Hauptgefäß 23 des Behälters 10 geführt wird.
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In eine Durchführung in der Seitenwand des Hauptgefäßes 23 des Behälters 10 ist weiterhin eine gasdichtende Schlauchkupplung 7 als Drainageanschluss eingesetzt, durch welche ein Drainageschlauch 31 in das Hauptgefäß 23 des Behälters 10 geführt wird. Der Drainageschlauch 31 wiederum ist mit einer Luftleckmessungs- und Drucksteuerungseinheit 14 (Medela Thopaz, Medela, Schweiz, in der der Figur nicht gezeigt) außerhalb des Behälters 10 verbunden.
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Zusätzlich weist der Behälter 10 Beleuchtungselemente 33 auf, welche als LEDs ausgestaltet sind und am oberen Rand der Innenseite des Hauptgefäßes 23 voneinander beabstandet sind. Die Beleuchtungselemente 33 dienen der Beleuchtung und besseren Orientierung der an der Lunge 3 stattfindenden Eingriffe.
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2 zeigt ein Schema der Funktionsweise der EVLC-Vorrichtung mit dem Behälter 10 sowie dem Perfusionskreislauf und die Gasverbindung. An den Behälter 10 ist über einen lösbaren Perfusionsschlauch 5 (in der Figur nicht gezeigt) ein Flüssigkeitsreservoir 12 angeschlossen, welches die Flüssigkeit enthält, bei welcher es sich um Blut handelt. Das Blut wird durch einen Perfusionsschlauch 5 (in der Figur nicht gezeigt) in Fließrichtung 15 durch einen Flüssigkeitsfilter 27 befördert, wo es gereinigt wird. Sich der Fließrichtung 15 des Blutes anschließend wird das Blut durch den Perfusionsschlauch 5 (in der Figur nicht gezeigt) mit Hilfe einer Pumpe 26, welche als Rollpumpe ausgebildet ist, aktiv in den Behälter 10 geführt und durch den Perfusionsschlauch 5 (in der Figur nicht gezeigt) in die Lungenarterie eingeleitet Nachdem das Blut durch die Lunge 3, bei welcher es sich um Schlachtabfall eines Schweines handelt, befördert wurde, sammelt es sich durch dessen Neigung passiv im Ausfluss 4 (in der Figur nicht gezeigt) und fließt durch den Perfusionsschlauch 5 aus dem Behälter 10 zurück in das Flüssigkeitsreservoir 12. Der Perfusionsschlauch 5 ist mit allen Elementen des Perfusionskreislaufes lösbar verbunden. An das Flüssigkeitsreservoir 12 ist eine Temperiervorrichtung 13 als Wärmetauscher angeschlossen, mittels welcher durch einen kontinuierlichen Temperaturaustausch 29 die Temperatur des Blutes auf eine konstant eingestellte Körpertemperatur erwärmt wird.
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An den Behälter 10 ist außerdem durch einen Ventilationsschlauch 8 (in der Figur nicht gezeigt) ein Gasreservoir 11 angeschlossen, welches eine Atemgasmischung mit einem 30%igen Sauerstoffanteil enthält. Das Gasreservoir 11 ist durch den Ventilationsschlauch 8 (in der Figur nicht gezeigt) mit der Beatmungsmaschine 25 (EVITA 2, Draeger, Lübeck) verbunden. Von dieser wird das Gasgemisch in Strömungsrichtung 24 durch den Ventilationsschlauch 8 (in der Figur nicht gezeigt) durch einen Gasfilter 9, der die Atemgasmischung reinigt, durch den Ventilationsschlauch 8 (in der Figur nicht gezeigt) in die Trachea der Lunge 3 geleitet.
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Weiterhin ist der Behälter 10 mittels eines Drainageschlauches 31 (in der Figur nicht gezeigt) mit einer Luftleckmessung- und Drucksteuerungseinheit 14 (Medela Thopaz, Medela, Schweiz) verbunden. Weiterhin erfolgt zwischen der Lunge 3 im Behälter 10 und der Luftleckmessung- und Drucksteuerungseinheit 14 ein kontinuierlicher Datenaustausch 28. Dabei wird der durch den Drainageschlauch 31 und der Luftleckmessung- und Drucksteuerungseinheit 14 angelegte Unterdruck an den Behälter 10 permanent überwacht, gesteuert und ggf. angepasst, sodass eine Druckregulierung mit gleichbleibendem Unterdruck garantiert wird. In regelmäßigen Abständen werden hierfür Proben des Atemgasgemisches und des Blutes genommen und analysiert. Auch verhindert die Luftleckmessung- und Drucksteuerungseinheit 14 die Bildung eines Überdruckes im Behälter 10, welche durch die aus der Lunge 3 entweichende Atemgasmischung hervorgerufen würde.
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Nachdem die Atemgasmischung durch den Atmungsmechanismus der Lunge 3 umgesetzt wurde, strömt die umgesetzte Atemgasmischung zurück in den Ventilationsschlauch 8 oder den Drainageschlauch 31. Im Ventilationsschlauch 8 oder Drainageschlauch 31 strömt die umgesetzte Atemgasmischung aber nicht in die Beatmungsmaschine 25 zurück, sondern entweicht in die Umgebung 34. Dadurch strömt die umgesetzte Atemgasmischung nicht in das Gasreservoir 11 zurück, wodurch dieses nicht weiter kontaminiert wird.
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3 zeigt mögliche Ausführungen des Deckels 1 des Behälters 10 in der Draufsicht. In 3a weist der Deckel 1 einen transparenten Deckeleinsatz 2 auf. Der transparente Deckeleinsatz 2 ist über den größten Teil der eingebracht und weist ein transparentes Sichtfenster aus Glas auf. Dadurch ist für den Benutzerwährend experimenteller Studien ein Blick in den Innenraum des Behälters 10 und somit eine permanente Sichtkontrolle ermöglicht. Durch den transparenten Deckeleinsatz 2 kann ein permanent anliegender Unterdruck im Behälter 10 gewährleistet werden.
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In 3b weist der Deckel einen funktionellen Deckeleinsatz 16 auf. Dieser ist so gestaltet, dass in einer Deckeleinsatzaussparung 19 ein Hautimitat 18 aus einer Silikonmatte in einem Spannring 20 (in der Figur nicht gezeigt) eingelegt wird. Das Hautimitat 18 weist eine definierte Stärke und mechanische Eigenschaften auf. Das Hautimitat 18 wird mittels eines Spannringes 20 in den funktionellen Deckeleinsatz 16 eingespannt um ein Verrutschen oder Herausfallen des Hautimitates 18 zu vermeiden. Dazu sind vier im Spannring 20 symmetrisch angeordnete Bohrungen 17 und entsprechende Verbindungselementen 30 (in der Figur nicht gezeigt), welche als Schrauben und entsprechende Gegenstücke wie Muttern ausgebildet sind, vorgesehen. Mit Hilfe des funktionellen Deckeleinsatzes 16 können chirurgische Eingriffe am Behälter 10 und der Lunge 3 vorgenommen werden. Der Innenraum des Behälters 3 ist dann nicht mehr gasdicht abgeschlossen.
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In 3c sind unterschiedlich ausgestaltete Spannringe 20 zum Einspannen des Hautimitates 18 gezeigt. Die Spannringe 20 bestehen aus Aluminium und weisen jeweils vier symmetrisch um angeordnete (oben, rechts, unten, links) Bohrungen 17 auf. Für verschiedene zu trainierende Eingriffe weisen die Spannringe 20 für das Hautimitat 18 unterschiedliche Geometrien auf. Nach dem Einschneiden des Hautimitates 18 kann unterschiedlich ausgebildetes Operationsbesteck in die Lunge 3 im Behälter 10 (in der Figur nicht gezeigt) eingeführt werden.
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Die obere Abbildung in 3c zeigt einen Spannring 20 mit einer großen kreisförmigen Öffnung, welche als Durchführung für entsprechendes Operationsbesteck 21 ausgebildet ist. Durch die große kreisförmige Öffnung ist somit ein relativ einfacher chirurgischer oder minimal-invasiv chirurgischer Eingriff möglich. Die untere Abbildung in 3c zeigt einen Spannring 20 mit einer kleinen kreisförmigen Öffnung, welche als Durchführung für entsprechendes Operationsbesteck 22 ausgebildet ist. Durch die kleine kreisförmige Öffnung ist somit ein relativ schwieriger chirurgischer oder minimal-invasiv chirurgischer Eingriff möglich. Somit ist es möglich, an der EVLC-Vorrichtung unterschiedlich komplizierte Szenarien und Schwierigkeitsgrade zu trainieren.
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4 zeigt in einer vertikalen Schnittansicht ein Detail des Deckels 1 mit eingesetztem funktionellem Deckeleinsatz 16. In eine Deckeleinsatzaussparung 19 des funktionellen Deckeleinsatzes 16 wird ein Hautimitat 18 aus einer Silikonmatte eingelegt. Auf das Hautimitat 18 wird ein Spannring 20 gelegt. Der Spannring 20 weist Bohrungen 17 (in der Figur nicht gezeigt) auf, in welche Verbindungselemente 30, die als Schrauben und entsprechende Gegenstücke wie Muttern ausgebildet sind, durchgeführt werden und das Hautimitat 18 fest gegen Verrutschen oder Herausfallen in dem funktionellen Deckeleinsatz 16 sichern. Der Spannring 20 wiederum weist unterschiedlich groß ausgestaltete Öffnungen für die Durchführung für Operationsbesteck 20/21 auf.
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5 zeigt einen zusammengebauten Behälter 10 der EVLC-Vorrichtung von der Seite. Der Aufbau entspricht im Wesentlichen dem Aufbau des Behälters 10 aus 1. Anstelle des Deckels 1 ist an das Hauptgefäß 23 des Behälters 10 nun ein Brustkorbimitat 35 aufgesetzt. Das Brustkorbimitat 35 weist mehrere Halterungen 36 auf, welche an der Seitenwand des Behälters 10 angebracht sind. Das Brustkorbimitat 35 weist verschiedene anatomische Nachbildungen von Rippen auf, welche bogenförmig aus dem Hauptgefäß 23 des Behälters 10 ragen. Pro Rippe gibt es eine Halterung 36. Die Halterung 36 weist dabei eine Aussparung auf, in welche die Rippe gesteckt wird. Die Halterungen 36 werden in der Wand des Behälters 10 befestigt. Über die Rippen und somit das Brustkorbimitat 25 ist ein Hautimitat 18 bestehend aus einer Silikonmatte gespannt. Das Hautimitat 18 weist eine definierte Stärke und mechanische Eigenschaften auf, sodass die darunter liegende Anatomie vom Benutzer gut ertastbar ist und er somit realitätsgetreu das Operationsfeld definieren kann. Somit kann das Operationsbesteck gezielt am Brustkorbimitat 35 angesetzt werden und darunterliegende Lunge 3 die im Hauptgefäß 23 operiert werden. Das Brustkorbimitat 35 ist besonders für chirurgische und minimal-invasive chirurgische Zwecke geeignet, wodurch der Innenraum des Behälters 3 dann nicht mehr gasdicht abgeschlossen ist.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Deckel des Behälters
- 2
- Transparenter Deckeleinsatz
- 3
- Lunge
- 4
- Ausfluss
- 5
- Perfusionsschlauch
- 6
- Stützelement
- 7
- Schlauchkupplung
- 8
- Ventilationsschlauch
- 9
- Gasfilter
- 10
- Behälter
- 11
- Gasreservoir
- 12
- Flüssigkeitsreservoir
- 13
- Temperiervorrichtung
- 14
- Luftleckmessungs- und Drucksteuerungseinheit
- 15
- Fließrichtung der Flüssigkeit
- 16
- Funktioneller Deckeleinsatz
- 17
- Bohrung im Spannring des funktionellen Deckeleinsatzes
- 18
- Hautimitat
- 19
- Deckeleinsatzaussparung
- 20
- Spannring für das Hautimitat
- 21
- Durchführung für Operationsbesteck (groß/einfach)
- 22
- Durchführung für Operationsbesteck (klein/schwierig)
- 23
- Hauptgefäß des Behälters
- 24
- Strömungsrichtung des Gases
- 25
- Beatmungsmaschine
- 26
- Pumpe
- 27
- Flüssigkeitsfilter
- 28
- Richtung des Datenaustausches
- 29
- Richtung des Temperaturaustausches
- 30
- Verbindungselement
- 31
- Drainageschlauch
- 32
- Dichtung des Behälters
- 33
- Beleuchtungselement
- 34
- Umgebung
- 35
- Brustkorbimitat
- 36
- Halterung des Brustkorbimitates
- 37
- Unterseite des Behälters
