DE102018208862A1

DE102018208862A1 - Implantierbares, vaskuläres Unterstützungssystem

Info

Publication number: DE102018208862A1
Application number: DE102018208862.4A
Authority: DE
Inventors: Ingo Stotz; Thomas Alexander Schlebusch
Original assignee: Kardion GmbH
Current assignee: Kardion GmbH
Priority date: 2018-06-06
Filing date: 2018-06-06
Publication date: 2019-12-12
Also published as: US20210290933A1; DE112019002863A5; WO2019234153A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein implantierbares, vaskuläres Unterstützungssystem (10), umfassend:- einen durch das Unterstützungssystem (10) hindurchführenden und durchströmbaren Fluidkanal (13),- einen ersten Drucksensor (18), angeordnet und eingerichtet zum Erfassen zumindest eines statischen Drucks oder eines Totaldrucks im Bereich des Unterstützungssystems (10),- einen zweiten Drucksensor (17), angeordnet und eingerichtet zum Erfassen zumindest eines statischen Drucks oder eines Totaldrucks im Bereich des Fluidkanals (13).

Description

Die Erfindung betrifft ein implantierbares, vaskuläres Unterstützungssystem, ein Verfahren zur Bestimmung zumindest einer Strömungsgeschwindigkeit oder eines Fluid-Volumenstroms eines durch ein implantiertes, vaskuläres Unterstützungssystem strömenden Fluids sowie eine Verwendung von zwei Drucksensoren eines implantierbaren, vaskulären Unterstützungssystems. Die Erfindung findet insbesondere Anwendung bei (voll-)implantierten Linksherz-Unterstützungssystemen (LVAD).
Stand der Technik
Implantierte Linksherz-Unterstützungssysteme (LVAD) existieren hauptsächlich in zwei Ausführungsvarianten. Einerseits gibt es (perkutane) minimalinvasive Linksherz-Unterstützungssysteme. Die zweite Variante sind unter der BrustkorböDnung invasiv implantierte Linksherz-Unterstützungssysteme. Die erste Variante fördert Blut direkt aus dem linken Ventrikel in die Aorta, da das (perkutane) minimalinvasive Linksherz-Unterstützungssystem mittig in der Aortenklappe positioniert ist. Die zweite Variante fördert das Blut aus dem linken Ventrikel über einen Bypass-Schlauch in die Aorta.
Die Aufgabe eines kardialen Unterstützungssystems ist die Förderung von Blut. Hierbei hat das sog. Herz-Zeit-Volumen (HZV, üblicherweise angegeben in Liter pro Minute) eine hohe klinische Relevanz. Das Herz-Zeit-Volumen betrifft hierbei mit anderen Worten den Gesamtvolumenstrom an Blut (aus einem Ventrikel), insbesondere vom linken Ventrikel hin zur Aorta. Entsprechend eingängig ist das Bestreben, diesen Parameter als Messwert während des Betriebs eines kardialen Unterstützungssystems zu erheben.
Je nach Unterstützungsgrad, der den Anteil des durch ein Fördermittel wie etwa eine Pumpe des Unterstützungssystems geförderten Volumenstroms zum Gesamtvolumenstrom an Blut vom Ventrikel hin zur Aorta beschreibt, gelangt ein gewisser Volumenstrom über den physiologischen Weg durch die Aortenklappe in die Aorta. Das Herz-Zeit-Volumen bzw. der Gesamtvolumenstrom (Q_HZV) vom Ventrikel hin zur Aorta ist demnach üblicherweise die Summe aus Pumpenvolumenstrom (Q_p) und Aortenklappen-Volumenstrom (Q_a).
Ein etabliertes Verfahren zur Bestimmung des Herz-Zeit-Volumens (Q_HZV) im klinischen Umfeld ist die Verwendung von Dilutionsverfahren, die jedoch alle auf einen transkutan eingeführten Katheter setzen und daher nur während einer Herzoperation Herz-Zeit-Volumen-Messdaten liefern können. Während die Erfassung des Herz-Zeit-Volumens durch ein Unterstützungssystem schwer umzusetzen ist, kann der Pumpenvolumenstrom (Q_p) durch geeignete Komponenten des Unterstützungssystems erfasst werden. Für hohe Unterstützungsgrade geht der Aortenklappen-Volumenstrom (Q_a) gegen Null bzw. wird vernachlässigbar gering, sodass annähernd Q_p ≈ HZV gilt bzw. der Pumpenvolumenstrom (Q_p) als Annäherung für das Herz-Zeit-Volumen (Q_HZV) verwendet werden kann. Ein etabliertes Verfahren zur Messung des Pumpenvolumenstroms (Q_p) ist die Korrelation aus den Betriebsparametern des Unterstützungssystems, vor allem der elektrischen Leistungsaufnahme, eventuell ergänzt um weitere physiologische Parameter wie den Blutdruck.
Da diese Verfahren auf statistischen Annahmen und dem zugrunde liegenden Pumpen-Kennfeld des verwendeten Unterstützungssystems basieren, können die korrelierten Q_p fehlerbehaftet sein. Eine Steigerung der Messqualität des Parameters Q_p ist daher wünschenswert.
Offenbarung der Erfindung
Hier vorgeschlagen wird gemäß Anspruch 1 implantierbares, vaskuläres Unterstützungssystem, umfassend:

- einen durch das Unterstützungssystem hindurchführenden und durchströmbaren Fluidkanal,
- einen ersten Drucksensor, angeordnet und eingerichtet zum Erfassen zumindest eines statischen Drucks oder eines Totaldrucks im Bereich des Unterstützungssystems,
- einen zweiten Drucksensor, angeordnet und eingerichtet zum Erfassen zumindest eines statischen Drucks oder eines Totaldrucks im Bereich des Fluidkanals.

Dier hier vorgeschlagenen Lösung erlaubt in vorteilhafter Weise die Berechnung des Pumpenvolumenstroms mit Hilfe von in dem Unterstützungssystem, insbesondere in der Einlaufkanüle des Unterstützungssystems integrierter Drucksensoren. Besonders vorteilhaft an der Ausführung mittels Drucksensoren ist im Vergleich beispielsweise mit Ultraschall-Sensorik der geringe Preis, geringe Platzbedarf und das einfache Auswerteverfahren.
Das vaskuläre Unterstützungssystem ist bevorzugt ein kardiales Unterstützungssystem, besonders bevorzugt ein ventrikuläres Unterstützungssystem. Regelmäßig dient das Unterstützungssystem zur Unterstützung der Förderung von Blut im Blutkreislauf eines Menschen, ggf. Patienten. Das Unterstützungssystem kann zumindest teilweise in einem Blutgefäß angeordnet sein. Bei dem Blutgefäß handelt es sich beispielsweise um die Aorta, insbesondere bei einem Linksherz-Unterstützungssystem, oder um den gemeinsamen Stamm (Truncus pulmonalis) in die beiden Lungenarterien, insbesondere bei einem Rechtsherz-Unterstützungssystem. Das Unterstützungssystem ist bevorzugt am Ausgang des linken Ventrikels des Herzens bzw. der linken Herzkammer angeordnet. Besonders bevorzugt ist das Unterstützungssystem in Aortenklappenposition angeordnet.
Bei dem Unterstützungssystem handelt es sich vorzugsweise um ein linksventrikuläres Herzunterstützungssystem (LVAD) bzw. ein perkutanes, minimalinvasives Linksherz-Unterstützungssystem. Besonders bevorzugt ist das Unterstützungssystem so eingerichtet bzw. dazu geeignet, dass es zumindest teilweise in einem Ventrikel, bevorzugt dem linken Ventrikel eines Herzens und/oder einer Aorta, insbesondere in Aortenklappenposition angeordnet werden kann.
Weiterhin bevorzugt ist das Unterstützungssystem voll-implantierbar. Das bedeutet mit anderen Worten insbesondere, dass die zur Erfassung erforderlichen Mittel, insbesondere die Drucksensoren, sich vollständig im Körper des Patienten befinden und dort verbleiben. Das Unterstützungssystem kann auch mehrteilig bzw. mit mehreren, beabstandet voneinander anordenbaren Komponenten ausgeführt sein, sodass beispielsweise die Drucksensoren und eine Verarbeitungseinheit (Messeinheit) durch ein Kabel separiert voneinander angeordnet sein können. Bei der mehrteiligen Ausführung kann die separat von den Drucksensoren angeordnete Verarbeitungseinheit ebenfalls implantiert oder aber außerhalb des Körpers des Patienten angeordnet werden. Es ist jedenfalls nicht zwingend erforderlich, dass auch eine Verarbeitungseinheit im Körper des Patienten angeordnet wird. Beispielsweise kann das Unterstützungssystem so implantiert werden, dass eine Verarbeitungseinheit (des Unterstützungssystems) auf der Haut des Patienten bzw. außerhalb des Körpers des Patienten angeordnet wird und eine Verbindung zu den im Körper angeordneten Drucksensoren hergestellt wird. Voll-implantiert bedeutet hierbei somit insbesondere, dass die für die Erfassung erforderlichen Mittel (hier die Drucksensoren) sich vollständig im Körper des Patienten befinden und dort verbleiben. Dies ermöglicht in vorteilhafter Weise, den Pumpenvolumenstrom auch außerhalb einer Herzoperation erfassen zu können und/oder das Herz-Zeit-Volumen auch außerhalb einer Herzoperation abschätzen zu können.
Weiterhin bevorzugt umfasst das Unterstützungssystem ein Rohr (bzw. eine Kanüle), insbesondere Zulaufrohr bzw. Zulaufkanüle, eine Strömungsmaschine, wie etwa eine Pumpe und/oder einen Elektromotor. Der Elektromotor ist dabei regelmäßig ein Bestandteil der Strömungsmaschine. Das (Zulauf-)Rohr bzw. die (Zulauf-) Kanüle ist vorzugsweise so eingerichtet, dass sie im implantierten Zustand Fluid aus einem (linken) Ventrikel eines Herzens hin zu der Strömungsmaschine führen kann. Das Unterstützungssystem ist vorzugsweise länglich und/oder schlauchartig gebildet. Bevorzugt sind das Rohr (bzw. die Kanüle) und die Strömungsmaschine im Bereich einander gegenüberliegender Enden des Unterstützungssystems angeordnet. Das Rohr bildet bzw. umgibt vorzugsweise den Fluidkanal.
Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung wird vorgeschlagen, dass ein erster Drucksensor im Bereich einer Außenseite des Unterstützungssystems angeordnet ist. Bevorzugt ist der erste Drucksensor in oder an einer Außenseite eine Zulaufkanüle des Unterstützungssystems angeordnet, die den Fluidkanal bildet bzw. umgibt.
Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung wird vorgeschlagen, dass ein erster Drucksensor in oder an einer Kanalinnenoberfläche des Fluidkanals angeordnet ist. Der Fluidkanal wird vorzugsweise von einer Zulaufkanüle des Unterstützungssystems gebildet bzw. umgeben.
Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung wird vorgeschlagen, dass ein zweiter Drucksensor in oder an einer Kanalinnenoberfläche des Fluidkanals angeordnet ist. Vorzugsweise sind der erste Drucksensor und der zweite Drucksensor beabstandet zueinander in oder an einer Kanalinnenoberfläche des Fluidkanals angeordnet.
Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung wird vorgeschlagen, dass ein erster Drucksensor im Bereich eines ersten durchströmbaren Kanalquerschnitts und ein zweiter Drucksensor im Bereich eines zweiten durchströmbaren Kanalquerschnitts, der sich von dem ersten durchströmbaren Kanalquerschnitt unterscheidet, angeordnet sind. Vorzugsweise sind ein erster Drucksensor in oder an einer Kanalinnenoberfläche des Fluidkanals im Bereich eines bzw. in einem ersten (bekannten) durchströmbaren Kanalquerschnitt(s) und ein zweiter Drucksensor in oder an der Kanalinnenoberfläche des Fluidkanals im Bereich eines bzw. in einem zweiten (bekannten) durchströmbaren Kanalquerschnitt(s), der sich von dem ersten durchströmbaren Kanalquerschnitt unterscheidet, angeordnet.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung wird vorgeschlagen, dass zumindest der erste Drucksensor oder der zweite Drucksensor als MEMS-Drucksensor ausgeführt ist. MEMS steht hierbei für MikroElektroMechanisches System (engl.: microelectromechanical system).
Nach einem weiteren Aspekt wird ein Verfahren zur Bestimmung zumindest einer Strömungsgeschwindigkeit oder eines Fluid-Volumenstroms eines durch ein implantiertes, vaskuläres Unterstützungssystem strömenden Fluids vorgeschlagen, umfassend folgende Schritte:

a) Erfassen zumindest eines statischen Drucks oder eines Totaldrucks im Bereich des Unterstützungssystems mittels eines ersten Drucksensors,
b) Erfassen zumindest eines statischen Drucks oder eines Totaldrucks im Bereich eines durch das Unterstützungssystem hindurchführenden und durchströmbaren Fluidkanals mittels eines zweiten Drucksensors,
c) Ermitteln zumindest der Strömungsgeschwindigkeit oder des Fluid-Volumenstroms unter Verwendung der in den Schritten a) und b) erfassten Drücke.

Der Fluid-Volumenstrom betrifft mit anderen Worten insbesondere einen Fluid-Volumenstrom der (nur) durch das Unterstützungssystems selbst, beispielsweise durch ein (Zulauf-)Rohr bzw. eine (Zulauf-)Kanüle des Unterstützungssystems hindurch fließt. Weiterhin bevorzugt handelt es sich bei dem Fluid-Volumenstrom um den Volumenstrom des durch den Fluidkanal strömenden Fluids. Dementsprechend handelt es sich bei der Strömungsgeschwindigkeit insbesondere um die Strömungsgeschwindigkeit des durch den Fluidkanal strömenden Fluids.
Bei diesem Fluid-Volumenstrom handelt es sich üblicherweise um den sog. Pumpenvolumenstrom (Q_p), der nur den Fluss durch das Unterstützungssystem selbst quantiDziert. Ist dieser Wert zusätzlich zu dem Gesamtvolumenstrom bzw. Herz-Zeit-Volumen (Q_HZV) bekannt, so kann aus dem Verhältnis von Q_p zu Q_HZV (d.h. Q_p/Q_HZV) der sogenannte Unterstützungsgrad berechnet werden. Zur Bestimmung des Fluid-Volumenstroms kann die ermittelte Strömungsgeschwindigkeit beispielsweise mit einem durchströmbaren Querschnitt des Unterstützungssystems, insbesondere einem durchströmbaren Rohr- bzw. Kanülen-Querschnitt multipliziert werden.
In Schritt c) kann der Fluid-Volumenstrom beispielsweise basierend auf der Druckgleichung für inkompressible Fluide nach Bernoulli bestimmt werden. Diese Gleichung lautet: $p_{t} = p + \frac{ρ}{2} \cdot v^{2} = konst .$
In obiger Gleichung bezeichnet p_t den Totaldruck, p den statischen Druck, p die Fluiddichte und v die Strömungsgeschwindigkeit. Die Gleichung besagt also, dass sich der Totaldruck p_t aus einem statischen Anteil und einem kinematischen Teil zusammensetzt. Für eine Strömung mit kleinen, d.h. vernachlässigbaren Reibungsverlusten ist dieser Totaldruck konstant und es kann also durch Druckmessung an zwei Positionen eine Geschwindigkeitsdifferenz der Strömung berechnet werden.
Ist an diesen Positionen weiterhin jeweils die durchströmte Querschnittsfläche A bekannt, so kann mit der bekannten Fluiddichte p mittels der Kontinuitätsgleichung für inkompressible Fluide der Volumenstrom bestimmt werden. Die entsprechende Gleichung für den Fluid-Volumenstrom Q lautet: $Q = \frac{A_{2} \cdot \sqrt{\frac{2 \cdot Δ p}{ρ}}}{\sqrt{1 - {(\frac{A_{2}}{A_{1}})}^{2}}}$
In Schritt c) kann die Strömungsgeschwindigkeit beispielsweise ebenfalls basierend auf der Druckgleichung für inkompressible Fluide nach Bernoulli bestimmt werden. In diesem Zusammenhang ist es besonders vorteilhaft, wenn der erste Drucksensor einen statischen Druck und der zweite Drucksensor einen Totaldruck bestimmt. Da die Drucksensoren beide in bzw. an dem Unterstützungssystem integriert sind, kann davon ausgegangen werden, dass der mittels des ersten Drucksensors gemessene statische Druck auch für den statischen Druck am zweiten Drucksensor repräsentativ ist. Dann kann die Strömungsgeschwindigkeit v bestimmt werden zu: $v = \sqrt{\frac{2}{ρ} \cdot (p_{t} - p)}$
Hierzu wird in vorteilhafter Weise der statische Druck p mit dem ersten Drucksensor und der Totaldruck p_t mit dem zweiten Drucksensor gemessen.
Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung wird vorgeschlagen, dass in Schritt a) ein statischer Druck erfasst wird. Bevorzugt werden in Schritt a) und in Schritt b) jeweils ein statischer Druck erfasst.
Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung wird vorgeschlagen, dass in Schritt b) ein Totaldruck im Bereich des Fluidkanals erfasst wird. Vorzugsweise werden in Schritt a) ein statischer Druck und in Schritt b) ein Totaldruck erfasst. In diesem Fall kann in Schritt c) nach der vorstehend angeführten Gleichung die Strömungsgeschwindigkeit v vergleichsweise einfach ermittelt werden.
Vorzugsweise erfolgt in Schritt a) ein Erfassen zumindest eines statischen Drucks oder eines Totaldrucks im Bereich eines bzw. in einem ersten (bekannten) durchströmbaren Kanalquerschnitt(s) des Unterstützungssystems, insbesondere des Fluidkanals mittels des ersten Drucksensors. Weiterhin bevorzugt erfolgt in Schritt b) ein Erfassen zumindest eines statischen Drucks oder eines Totaldrucks im Bereich eines bzw. in einem zweiten (bekannten) durchströmbaren Kanalquerschnitt(s) des Unterstützungssystems, insbesondere des Fluidkanals mittels des ersten Drucksensors.
Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung wird vorgeschlagen, dass ein Strömungsquerschnitt des Fluids zwischen den Schritten a) und b) verändert wird. Bevorzugt erfolgt zwischen dem ersten Drucksensor und dem zweiten Drucksensor eine Strömungsquerschnittserweiterung oder eine Strömungsquerschnittsverjüngung.
Nach einem weiteren Aspekt wird eine Verwendung von zwei Drucksensoren eines implantierbaren, vaskulären Unterstützungssystems zum Bestimmen zumindest einer Strömungsgeschwindigkeit oder eines Fluid-Volumenstroms eines durch das Unterstützungssystem strömenden Fluids vorgeschlagen.
Die im Zusammenhang mit dem Unterstützungssystem erörterten Details, Merkmale und vorteilhaften Ausgestaltungen können entsprechend auch bei dem hier vorgestellten Verfahren und/oder der Verwendung auftreten und umgekehrt. Insoweit wird auf die dortigen Ausführungen zur näheren Charakterisierung der Merkmale vollumfänglich Bezug genommen.
Die hier vorgestellte Lösung sowie deren technisches Umfeld werden nachfolgend anhand der Figuren näher erläutert. Es ist darauf hinzuweisen, dass die Erfindung durch die gezeigten Ausführungsbeispiele nicht beschränkt werden soll. Insbesondere ist es, soweit nicht explizit anders dargestellt, auch möglich, Teilaspekte der in den Figuren erläuterten Sachverhalte zu extrahieren und mit anderen Bestandteilen und/oder Erkenntnissen aus anderen Figuren und/oder der vorliegenden Beschreibung zu kombinieren. Es zeigen schematisch:

1a: ein perkutanes, minimalinvasives Linksherz-Unterstützungssystem,
1b: ein unter der BrustkorböDnung invasiv implantiertes Linksherz-Unterstützungssystem,
2: ein implantiertes, vaskuläres Unterstützungssystem,
3: das Unterstützungssystem gemäß 2 in einer Detailansicht,
4: eine Veranschaulichung eines durchströmbaren Fluidkanals, und
5: einen Ablauf eines hier vorgestellten Verfahrens bei einem regulären Betriebsablauf.

Das vaskuläre Unterstützungssystem ist bevorzugt ein ventrikuläres und/oder kardiales Unterstützungssystem bzw. ein Herzunterstützungssystem. Zwei besonders vorteilhafte Formen von Herzunterstützungssystemen sind in der Aorta platzierte Systeme, wie eines in 1a veranschaulicht ist, und apikal platzierte Systeme, wie eines in 1b veranschaulicht ist.
Das Unterstützungssystem 10 wird nachfolgend beispielhaft an einem Linksherz-Unterstützungssystem (LVAD) beschreiben. Implantierte Linksherz-Unterstützungssysteme (LVAD) existieren hauptsächlich in zwei Ausführungsvarianten, wie sie in den 1a und 1b gezeigt sind. 1a zeigt ein (perkutanes) minimalinvasives Linksherz-Unterstützungssystem 10, während 1b ein unter der Brustkorböffnung invasiv implantiertes Linksherz-Unterstützungssystem 10 zeigt. Die Variante nach 1a fördert Blut direkt aus dem linken Ventrikel 21 durch den Vorhof 24 in die Aorta 22, da das (perkutane) minimalinvasive Linksherz-Unterstützungssystem 10 mittig in der Aortenklappe positioniert ist. Die Variante nach 1b fördert das Blut aus dem linken Ventrikel 21 über einen Bypass-Schlauch 33 in die Aorta 22.
Je nach Unterstützungsgrad, der den Anteil des durch ein Fördermittel wie etwa eine Pumpe des Unterstützungssystems geförderten Volumenstroms zum Gesamtvolumenstrom an Blut vom Ventrikel 21 hin zur Aorta 22 beschreibt, gelangt ein gewisser Volumenstrom über den physiologischen Weg durch die Aortenklappe in die Aorta 22. Das Herz-zeit-Volumen bzw. der Gesamtvolumenstrom (Q_HZV) vom Ventrikel 21 hin zur Aorta 22 ist demnach üblicherweise die Summe aus Pumpenvolumenstrom (Q_p) und Aortenklappen-Volumenstrom (Q_a). $Q_{HZV} = Q_{p} - Q_{a}$
2 zeigt schematisch ein implantiertes, vaskuläres Unterstützungssystem 10. Das Unterstützungssystem 10 ist hier in einem Herz 20 implantiert. Die Bezugszeichen werden einheitlich verwendet, sodass auf die obigen Ausführungen Bezug genommen werden kann.
In 2 ist ein Herz 20 beispielhaft mit einem minimalinvasiven Herzunterstützungssystem (VAD Pumpe) 10 gezeigt. Das VAD ist mittig in den Aortenklappen 23 zwischen Ventrikel 21 und Aorta 22 positioniert und fördert einen Blutvolumenstrom 31 vom Ventrikel 21 in die Aorta 22 zur Unterstützung des Herz-Zeit-Volumens 32 des Patienten.
3 zeigt schematisch das Unterstützungssystem 10 gemäß 2 in einer Detailansicht. Die Bezugszeichen werden einheitlich verwendet, sodass auf die obigen Ausführungen Bezug genommen werden kann.
3 zeigt schematisch ein implantierbares, vaskuläres Unterstützungssystem 10, umfassend:

- einen durch das Unterstützungssystem 10 hindurchführenden und durchströmbaren Fluidkanal 13,
- einen ersten Drucksensor 18, angeordnet und eingerichtet zum Erfassen zumindest eines statischen Drucks oder eines Totaldrucks im Bereich des Unterstützungssystems 10,
- einen zweiten Drucksensor 17, angeordnet und eingerichtet zum Erfassen zumindest eines statischen Drucks oder eines Totaldrucks im Bereich des Fluidkanals 13.

Darüber hinaus umfasst das Unterstützungssystem 10 gemäß der Darstellung nach 3 beispielhaft eine Spitze 11, die Sensoren (beispielsweise Temperatur, Druck) enthalten kann, einen Einlaufkäfig mit Öffnungen 12 zur Ansaugung einer Flüssigkeit (hier: Blut), eine Zulaufkanüle 13 zur Zuführung des Blutes an ein Pumpenelement (nicht gezeigt) in einem mit Öffnung versehenen Laufradkäfig 14, aus dem das Blut wieder aus der Zulaufkanüle 13 austreten kann. Daran anschließend befindet sich hier beispielhaft ein Antrieb (Elektromotor) 15 und ein elektrisches Zuleitungskabel 16.
Um eine Abschätzung des Herz-Zeit-Volumens treffen zu können soll hier der Blutvolumenstrom 31 durch die Zulaufkanüle 13 des Unterstützungssystems 10, der auch als sog. Pumpenvolumenstrom (Formelzeichen Q_p) bezeichnet wird, gemessen werden. Dazu wird hier vorgeschlagen zwei Drucksensoren 17 und 18 in bzw. an dem Unterstützungssystem 10 zu integrieren.
In Konfiguration A ist der erste Drucksensor 18a außen auf dem Unterstützungssystem bzw. der VAD-Pumpe 10, vorzugsweise in einem Bereich mit vernachlässigbarer Strömungsgeschwindigkeit, z.B. außen auf 11, außen auf 19 oder außen auf 13, positioniert. Dies bedeutet mit anderen Worten insbesondere, dass bei Konfiguration A der erster Drucksensor 18a im Bereich einer Außenseite des Unterstützungssystems 10 angeordnet ist.
In Konfiguration B unterscheidet sich die Positionierung des ersten Drucksensors 18 wie in 4 dargestellt. Hierbei sitzt der erste Drucksensor 18b innerhalb der Zulaufkanüle 13 an einer Position mit bekanntem Strömungsquerschnitt A₁. Dies bedeutet mit anderen Worten insbesondere, dass bei Konfiguration B der erste Drucksensor 18b in oder an einer Kanalinnenoberfläche des Fluidkanals 13 angeordnet ist.
In beiden Konfigurationen A und B wird ein weiterer (erster) Drucksensor 17 verwendet, der in oder an einer Kanalinnenoberfläche des Fluidkanals (13) angeordnet ist. Der erste Drucksensor 17 ist in 3 beispielhaft in der Zulaufkanüle 13 und vorzugsweise in einer ringförmigen Verengung 19 mit dem bekannten Strömungsquerschnitt A₂ platziert.
Demnach zeigt 3 gemäß der Konfiguration B auch, dass ein erster Drucksensor 18b in oder an einer Kanalinnenoberfläche des Fluidkanals 13 im Bereich eines ersten durchströmbaren Kanalquerschnitts A₁ und ein zweiter Drucksensor 17 in oder an der Kanalinnenoberfläche des Fluidkanals 13 im Bereich eines zweiten durchströmbaren Kanalquerschnitts A₂ , der sich von dem ersten durchströmbaren Kanalquerschnitt unterscheidet, angeordnet sind.
Der von den Drucksensoren 17 und 18 gemessene Druck hängt nunmehr von der dort vorherrschenden Strömungsgeschwindigkeit ab. Für ein bekanntes Fluid mit bekannter Dichte ρ folgt hierbei für eine reibungsfreie Strömung bzw. eine Strömung, die zwischen den Drucksensoren vernachlässigbare Verluste aufweist:

• für Konfiguration A mit der bekannten Querschnittsfläche A₂ an der Position des zweiten Drucksensors 17: $Q = A_{2} \cdot \sqrt{\frac{2 \cdot Δ_{p}}{ρ}}$
• für Konfiguration B mit den bekannten Querschnittsflächen A₁ an der Position des ersten Drucksensors 18 und A₂ an der Position des zweiten Drucksensors 17: $Q = \frac{A_{2} \cdot \sqrt{\frac{2 \cdot Δ p}{ρ}}}{\sqrt{1 - {(\frac{A_{2}}{A_{1}})}^{2}}}$

Für beide Konfigurationen sollten die beiden Drucksensoren 17 und 18 vorzugsweise dicht beieinander positioniert sein, da hierdurch auftretende Verfälschungen im Ergebnis durch auftretende Druckverluste minimiert werden können.
Beispielhaft sind hier der erste Drucksensor 18 und der zweite Drucksensor 17 als MEMS-Drucksensor ausgeführt.
4 zeigt schematisch eine Veranschaulichung eines durchströmbaren Fluidkanals. Anhand der Darstellung nach 4 wir nachstehend eine Gleichung zur Ermittlung des Fluid-Volumenstroms hergeleitet.
Hierzu wird von der Druckgleichung für inkompressible Fluide nach Bernoulli ausgegangen. Diese Gleichung lautet: $p_{t} = p + \frac{ρ}{2} \cdot v^{2} = konst .$
Durch Gleichsetzen des (konstanten) Totaldrucks an zwei Punkten 1, 2 folgt: $p_{1} + \frac{ρ}{2} \cdot v_{1}^{2} = p_{2} + \frac{ρ}{2} \cdot v_{2}^{2}$
Hieraus ergibt sich die Druckdifferenz Δp zu: $Δ_{p} = p_{2} - p_{1} = \frac{ρ}{2} \cdot (v_{1}^{2} - v_{2}^{2})$
Der konstante Massenstrom ergibt sich zu: $\dot{m} = ρ \cdot v \cdot A = k o n s t .$
Durch Umstellung nach der Strömungsgeschwindigkeit v folgt: $v = \frac{\dot{m}}{ρ \cdot A}$
Durch Einsetzen der Strömungsgeschwindigkeit v in die Gleichung für die Druckdifferenz Δp ergibt sich: $Δ p = \frac{ρ}{2} \cdot {\dot{m}}^{2} \cdot ({(\frac{1}{ρ \cdot A_{1}})}^{2} - {(\frac{1}{ρ \cdot A_{2}})}^{2})$
Nach einer Umstellung folgt hieraus: $\dot{m} = \sqrt{\frac{\frac{2 \cdot Δ p}{ρ}}{({(\frac{1}{ρ \cdot A_{1}})}^{2} - {(\frac{1}{ρ \cdot A_{2}})}^{2})}}$
Nach einer Umstellung folgt hieraus: $\dot{m} = \frac{ρ \cdot A_{2}}{\sqrt{1 - {(\frac{A_{2}}{A_{1}})}^{2}}} \cdot \sqrt{\frac{2 \cdot Δ p}{ρ}}$
Ein Volumenstrom Q kann ermittelt werden als Quotient von Massenstrom zu Dichte: $Q = \frac{\dot{m}}{ρ}$
Durch Einsetzen folgt als Gleichung zur Ermittlung des Fluid-Volumenstroms: $Q = \frac{A_{2}}{\sqrt{1 - {(\frac{A_{2}}{A_{1}})}^{2}}} \cdot \sqrt{\frac{2 \cdot Δ p}{ρ}}$
Konfiguration A beschreibt in obiger Herleitung den Grenzfall für v₁ geht gegen Null, was in obiger Gleichung A₁ geht gegen unendlich entspricht.
5 zeigt schematisch einen Ablauf eines hier vorgestellten Verfahrens bei einem regulären Betriebsablauf. Das Verfahren dient zur Bestimmung zumindest einer Strömungsgeschwindigkeit oder eines Fluid-Volumenstroms eines durch ein implantiertes, vaskuläres Unterstützungssystem 10 strömenden Fluids. Die dargestellte Reihenfolge der Verfahrensschritte a), b) und c) mit den Blöcken 110, 120 und 130 ist lediglich beispielhaft. Insbesondere die Schritte a) und b) können auch zumindest teilweise parallel oder sogar gleichzeitig durchgeführt werden. In Block 110 erfolgt ein Erfassen zumindest eines statischen Drucks oder eines Totaldrucks im Bereich des Unterstützungssystems mittels eines ersten Drucksensors. In Block 120 erfolgt ein Erfassen zumindest eines statischen Drucks oder eines Totaldrucks im Bereich eines durch das Unterstützungssystem hindurchführenden und durchströmbaren Fluidkanals mittels eines zweiten Drucksensors. In Block 130 erfolgt ein Ermitteln zumindest der Strömungsgeschwindigkeit oder des Fluid-Volumenstroms unter Verwendung der in den Schritten a) und b) erfassten Drücke.
Die hier vorgestellte Lösung ermöglicht insbesondere einen oder mehrere der nachfolgenden Vorteile:

• Kontinuierliche, genaue Messung von Q_p durch systemintegrierten Flusssensor. Dadurch steht Q_p als Regelparameter des Unterstützungssystems auch außerhalb des OP-Szenarios mit vergleichbarer Qualität wie bei Verwendung eines CCO (Continuous Cardiac Output) Thermodilutionskatheters zur Verfügung.
• Bei Verwendung von Drucksensoren, insbesondere MEMS-Drucksensoren, ist eine energieeffiziente Volumenstrommessung möglich.
• Im Vergleich beispielsweise mit Ultraschall-Wandlern ist ein (MEMS-) Drucksensor sehr klein.

Claims

Implantierbares, vaskuläres Unterstützungssystem (10), umfassend: - einen durch das Unterstützungssystem (10) hindurchführenden und durchströmbaren Fluidkanal (13), - einen ersten Drucksensor (18), angeordnet und eingerichtet zum Erfassen zumindest eines statischen Drucks oder eines Totaldrucks im Bereich des Unterstützungssystems (10), - einen zweiten Drucksensor (17), angeordnet und eingerichtet zum Erfassen zumindest eines statischen Drucks oder eines Totaldrucks im Bereich des Fluidkanals (13).
Unterstützungssystem nach Anspruch 1, wobei ein erster Drucksensor (18a) im Bereich einer Außenseite des Unterstützungssystems (10) angeordnet ist.
Unterstützungssystem nach Anspruch 1 oder 2, wobei ein erster Drucksensor (18b) in oder an einer Kanalinnenoberfläche des Fluidkanals (13) angeordnet ist.
Unterstützungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein zweiter Drucksensor (17) in oder an einer Kanalinnenoberfläche des Fluidkanals (13) angeordnet ist.
Unterstützungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein erster Drucksensor (18b) im Bereich eines ersten durchströmbaren Kanalquerschnitts und ein zweiter Drucksensor (17) im Bereich eines zweiten durchströmbaren Kanalquerschnitts, der sich von dem ersten durchströmbaren Kanalquerschnitt unterscheidet, angeordnet sind.
Unterstützungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zumindest der erste Drucksensor (18) oder der zweite Drucksensor (17) als MEMS-Drucksensor ausgeführt ist.
Verfahren zur Bestimmung zumindest einer Strömungsgeschwindigkeit oder eines Fluid-Volumenstroms (31) eines durch ein implantiertes, vaskuläres Unterstützungssystem (10) strömenden Fluids, umfassend folgende Schritte: a) Erfassen zumindest eines statischen Drucks oder eines Totaldrucks im Bereich des Unterstützungssystems (10) mittels eines ersten Drucksensors (18), b) Erfassen zumindest eines statischen Drucks oder eines Totaldrucks im Bereich eines durch das Unterstützungssystem (10) hindurchführenden und durchströmbaren Fluidkanals (13) mittels eines zweiten Drucksensors (17), c) Ermitteln zumindest der Strömungsgeschwindigkeit oder des Fluid-Volumenstroms (31) unter Verwendung der in den Schritten a) und b) erfassten Drücke.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei in Schritt a) ein statischer Druck erfasst wird.
Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, wobei in Schritt b) ein Totaldruck im Bereich des Fluidkanals (13) erfasst wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, wobei ein Strömungsquerschnitt des Fluids zwischen den Schritten a) und b) verändert wird.
Verwendung von zwei Drucksensoren (17, 18) eines implantierbaren, vaskulären Unterstützungssystems (10) zum Bestimmen zumindest einer Strömungsgeschwindigkeit oder eines Fluid-Volumenstroms (31) eines durch das Unterstützungssystem (10) strömenden Fluids.