DE102020102473A1

DE102020102473A1 - Pumpe zum Fördern eines Fluids und Verfahren zum Herstellen einer Pumpe

Info

Publication number: DE102020102473A1
Application number: DE102020102473.8A
Authority: DE
Inventors: Ingo Stotz; Armin Schuelke
Original assignee: Kardion GmbH
Current assignee: Kardion GmbH
Priority date: 2020-01-31
Filing date: 2020-01-31
Publication date: 2021-08-05

Abstract

Der hier vorgestellte Ansatz betrifft eine Pumpe (100) zum Fördern eines Fluids (105). Die Pumpe (100) weist ein Laufrad (110), eine Antriebseinrichtung (115) und eine Welle (120) auf. Das Laufrad (110) ist zum Fördern des Fluids (105) ausgebildet. Die Antriebseinrichtung (115) ist dazu ausgebildet, um das Laufrad (110) anzutreiben. Die Welle (120) ist zum Verbinden der Antriebseinrichtung (115) mit dem Laufrad (110) ausgebildet, wobei zumindest ein Wellenabschnitt der Welle (120) flexibel ausgeformt ist.

Description

Stand der Technik
Der Ansatz geht von einer Vorrichtung oder einem Verfahren nach Gattung der unabhängigen Ansprüche aus. Gegenstand des vorliegenden Ansatzes ist auch ein Computerprogramm.
Zur Herz-Kreislauf-Unterstützung von herzinsuffizienten Patienten werden Herzunterstützungssysteme, sogenannte „VAD“-Systeme (Ventricular Assist Device) eingesetzt, die einen Teil oder eine komplette Pumpfunktion für einen Blutfluss des Herzens übernehmen. Diese Systeme sind untergliedert in temporäre Systeme zur kurzeitigen Herzunterstützung und dauerhafte Systeme. Die temporären Systeme werden unter anderem zur Überbrückung der Zeit genutzt, bis ein geeignetes Spenderherz zur Verfügung steht und implantiert werden kann. Die dauerhaften Systeme werden zum langzeitigen Verbleib an oder im Patienten eingesetzt. Bestandteil eines solchen Systems ist eine Blutpumpe, typischerweise eine Kreiselpumpe in Form einer Turbopumpe, die durch einen integrierten Elektromotor angetrieben wird, und die mittels eines Laufrads den geforderten Blutfluss erzeugt.
Offenbarung der Erfindung
Vor diesem Hintergrund werden mit dem hier vorgestellten Ansatz eine Pumpe zum Fördern eines Fluids, ein Verfahren zum Herstellen einer Pumpe, weiterhin eine Vorrichtung, die dieses Verfahren verwendet, sowie schließlich ein entsprechendes Computerprogramm gemäß den Hauptansprüchen vorgestellt. Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im unabhängigen Anspruch angegebenen Vorrichtung möglich.
Die mit dem vorgestellten Ansatz erreichbaren Vorteile bestehen darin, dass eine flexible Pumpe entsteht, deren starre Komponenten voneinander getrennt sind. Hierdurch kann ein besonders leistungsfähiger Pumpenantrieb eingesetzt werden und es eröffnen sich neue Anwendungsgebiete für die Pumpe.
Es wird eine Pumpe zum Fördern eines Fluids vorgestellt. Die Pumpe weist ein Laufrad, eine Antriebseinrichtung und eine Welle auf. Das Laufrad ist zum Fördern des Fluids ausgebildet. Die Antriebseinrichtung ist dazu ausgebildet, um das Laufrad anzutreiben. Die Welle ist zum Verbinden der Antriebseinrichtung mit dem Laufrad ausgebildet, wobei zumindest ein Wellenabschnitt der Welle flexibel ausgeformt ist.
Bei dem Laufrad kann es sich um einen zylindrisch ausgeformten oder konisch zulaufenden Grundkörper handeln, welcher im Betrieb des Laufrads um eine Längsachse drehbar ist. Radial um die Längsachse kann der Grundkörper einen oder mehrere Flügel oder Schaufeln aufweisen, um bei einer Drehung des Laufrads in dem Fluid einen Fluidstrom oder Fluidsog zu erzeugen. Hierzu kann die Schaufel oder können die Schaufeln spiralförmig um eine Außenwand des Grundkörpers gewunden angeordnet sein. Die Antriebseinrichtung kann einen Elektromotor oder einen druckluftbetriebenen Motor aufweisen. „Flexibel“ in Bezug auf die Welle ist so zu verstehen, dass die Welle beispielsweise an zumindest einer Stelle oder komplett biegbar ausgeformt ist. Bei der hier beschriebenen Pumpe ist dank der flexiblen Welle eine starre Dimensionierung der Pumpe insgesamt unterbrochen. So ist die Pumpe nun beweglich und flexibel einsetzbar, beispielsweise in einem Fluidkanal wie einem Blutgefäß. Eine Geometrie der Pumpe kann sich hierbei vorteilhafterweise dem Anwendungsgebiet der Pumpe ideal anpassen, beispielsweise in einem gebogenen Kanal. Ferner ist es dank der flexiblen Welle möglich, die Antriebseinrichtung an einer beliebigen Stelle außerhalb des Kanals zu positionieren. So kann ein Kontakt der Antriebseinrichtung mit dem Fluid vermieden werden und eine Dimensionierung der Antriebseinrichtung unabhängig von einem Kanaldurchmesser erfolgen. Beispielsweise kann eine große und zusätzlich oder alternativ leistungsstarke Antriebseinrichtung eingesetzt werden, welche einen besonders starken Fluidstrom bewirken kann.
Die Pumpe kann ferner einen Führungsschlauch aufweisen, in dem die Welle aufgenommen oder aufnehmbar ist, wobei zumindest ein Schlauchabschnitt des Führungsschlauchs flexibel ausgeformt ist. Ein solcher Führungsschlauch kann zum Schutze der Welle dienen. Beispielsweise kann der Führungsschlauch an einem freien Ende mit dem Laufrad oder einem Laufradgehäuse des Laufrads gekoppelt sein. An einem dem freien Ende gegenüberliegenden freien Ende kann der Führungsschlauch mit der Antriebseinrichtung gekoppelt sein.
Es ist weiterhin von Vorteil, wenn der Führungsschlauch gemäß einer Ausführungsform ein Sperrmedium aufweist, das dazu ausgebildet ist, um ein Eindringen des Fluids in den Führungsschlauch zu verhindern. Hierzu kann das Sperrmedium eine höhere Viskosität aufweisen als das Fluid. So kann die Welle und zusätzlich oder alternativ die Antriebseinrichtung vor dem Fluid geschützt bleiben. Das Sperrmedium kann ferner dazu dienen, im Betrieb der Pumpe eine Reibung zwischen Welle und Führungsschlauch zu reduzieren.
Alternativ kann die Pumpe eine fluidisch mit dem Führungsschlauch verbundene Spülungsleitung zum Ein- und/oder Ausleiten eines Spülmediums in oder aus dem Führungsschlauch aufweisen. Eine Öffnung der Spülungsleitung kann beispielsweise mit einem der Antriebseinrichtung zugewandt angeordneten freien Ende des Führungsschlauchs fluidisch verbunden sein. Die Spülungsleitung kann aber auch als ein Bypass des Führungsschlauchs realisiert sein. Auch das eingeleitete Spülmedium kann ein Eindringen des Fluids in den Führungsschlauch verhindern und zusätzlich oder alternativ eine Reibung zwischen Welle und Führungsschlauch reduzieren.
Die Pumpe kann eine mit der Spülungsleitung verbundene Spülpumpe zum Ein- und/oder Auspumpen des Spülmediums in oder aus dem Führungsschlauch aufweisen. So kann das Ein- und/oder Ausleiten des Spülmediums automatisiert erfolgen und zusätzlich oder alternativ ein Druck des Spülmediums in dem Führungsschlauch eingestellt werden. Beispielsweise kann die Spülpumpe den Druck des Spülmediums höher einstellen, als den geförderten Fluidstrom des Fluids.
Gemäß einer Ausführungsform weist die Pumpe zumindest ein Lagerelement zum Lagern der Welle in dem Führungsschlauch auf. Das Lagerelement kann dazu dienen, im Betrieb der Pumpe eine Reibung zwischen Welle und Führungsschlauch zu reduzieren.
Die Pumpe kann zumindest ein in dem Führungsschlauch angeordnetes oder anordenbares Dichtelement aufweisen, das dazu ausgeformt ist, um ein Eindringen des Fluids in den Führungsschlauch zu verhindern.
Gemäß einer Ausführungsform kann die Pumpe ferner ein Laufradgehäuse aufweisen, in dem das Laufrad aufgenommen oder aufnehmbar ist. Das Laufradgehäuse kann zum Schutze des Laufrads dienen. Das Laufradgehäuse kann rohrförmig ausgeformt sein und beispielsweise eine oder mehrere Durchgangsöffnungen aufweisen, durch die das Fluid im Betrieb der Pumpe nach dem oder beim Fördern aus der Pumpe ausgestoßen werden kann.
Hierbei ist es von Vorteil, wenn das Laufradgehäuse gemäß einer Ausführungsform zumindest ein Laufradlager zum Lagern des Laufrads und/oder der Welle an dem Laufradgehäuse aufweist. So kann eine Stabilität des Laufrads erhöht werden.
Die Welle kann mechanisch oder magnetische mittels einer Magnetkupplungseinrichtung mit dem Laufrad verbunden oder verbindbar sein.
Es wird ferner ein Verfahren zum Herstellen einer Pumpe zum Fördern eines Fluids vorgestellt. Das Verfahren weist einen Schritt des Bereitstellens und einen Schritt des Verbindens auf. Im Schritt des Bereitstellens werden ein Laufrad zum Fördern des Fluids und eine Antriebseinrichtung, die dazu ausgebildet ist, um das Laufrad anzutreiben, bereitgestellt. Im Schritt des Verbindens wird die Antriebseinrichtung mit dem Laufrad mittels einer Welle verbunden, wobei zumindest ein Wellenabschnitt der Welle flexibel ausgeformt ist, um die Pumpe herzustellen.
Dieses Verfahren kann beispielsweise in Software oder Hardware oder in einer Mischform aus Software und Hardware beispielsweise in einem Steuergerät implementiert sein.
Der hier vorgestellte Ansatz schafft ferner eine Vorrichtung, die ausgebildet ist, um die Schritte einer Variante eines hier vorgestellten Verfahrens in entsprechenden Einrichtungen durchzuführen, anzusteuern bzw. umzusetzen. Auch durch diese Ausführungsvariante des Ansatzes in Form einer Vorrichtung kann die dem Ansatz zugrunde liegende Aufgabe schnell und effizient gelöst werden.
Hierzu kann die Vorrichtung zumindest eine Recheneinheit zum Verarbeiten von Signalen oder Daten, zumindest eine Speichereinheit zum Speichern von Signalen oder Daten, zumindest eine Schnittstelle zu einem Sensor oder einem Aktor zum Einlesen von Sensorsignalen von dem Sensor oder zum Ausgeben von Daten- oder Steuersignalen an den Aktor und/oder zumindest eine Kommunikationsschnittstelle zum Einlesen oder Ausgeben von Daten aufweisen, die in ein Kommunikationsprotokoll eingebettet sind. Die Recheneinheit kann beispielsweise ein Signalprozessor, ein Mikrocontroller oder dergleichen sein, wobei die Speichereinheit ein Flash-Speicher, ein EEPROM oder eine magnetische Speichereinheit sein kann. Die Kommunikationsschnittstelle kann ausgebildet sein, um Daten drahtlos und/oder leitungsgebunden einzulesen oder auszugeben, wobei eine Kommunikationsschnittstelle, die leitungsgebundene Daten einlesen oder ausgeben kann, diese Daten beispielsweise elektrisch oder optisch aus einer entsprechenden Datenübertragungsleitung einlesen oder in eine entsprechende Datenübertragungsleitung ausgeben kann.
Unter einer Vorrichtung kann vorliegend ein elektrisches Gerät verstanden werden, das Sensorsignale verarbeitet und in Abhängigkeit davon Steuer- und/oder Datensignale ausgibt. Die Vorrichtung kann eine Schnittstelle aufweisen, die hard- und/oder softwaremäßig ausgebildet sein kann. Bei einer hardwaremäßigen Ausbildung können die Schnittstellen beispielsweise Teil eines sogenannten System-ASICs sein, der verschiedenste Funktionen der Vorrichtung beinhaltet. Es ist jedoch auch möglich, dass die Schnittstellen eigene, integrierte Schaltkreise sind oder zumindest teilweise aus diskreten Bauelementen bestehen. Bei einer softwaremäßigen Ausbildung können die Schnittstellen Softwaremodule sein, die beispielsweise auf einem Mikrocontroller neben anderen Softwaremodulen vorhanden sind.
Von Vorteil ist auch ein Computerprogrammprodukt oder Computerprogramm mit Programmcode, der auf einem maschinenlesbaren Träger oder Speichermedium wie einem Halbleiterspeicher, einem Festplattenspeicher oder einem optischen Speicher gespeichert sein kann und zur Durchführung, Umsetzung und/oder Ansteuerung der Schritte des Verfahrens nach einer der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen verwendet wird, insbesondere wenn das Programmprodukt oder Programm auf einem Computer oder einer Vorrichtung ausgeführt wird.
Ausführungsbeispiele des hier vorgestellten Ansatzes sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:

1 bis 2 je eine schematische Seitendarstellung einer Pumpe zum Fördern eines Fluids gemäß einem Ausführungsbeispiel;
3 eine schematische Seitendarstellung eines Laufrads einer Pumpe gemäß einem Ausführungsbeispiel; und
4 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Herstellen einer Pumpe gemäß einem Ausführungsbeispiel.

In der nachfolgenden Beschreibung günstiger Ausführungsbeispiele des vorliegenden Ansatzes werden für die in den verschiedenen Figuren dargestellten und ähnlich wirkenden Elemente gleiche oder ähnliche Bezugszeichen verwendet, wobei auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente verzichtet wird.
1 zeigt eine schematische Seitendarstellung einer Pumpe1 00 zum Fördern eines Fluids 105 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Die Pumpe 100 ist für einen Einsatz in einem Fluidkanal wie einem Blutgefäß vorgesehen und ausgeformt.
Die Pumpe 100 weist ein Laufrad 110, eine Antriebseinrichtung 115 und eine Welle 120 auf. Das Laufrad 110 ist zum Fördern des Fluids 105 ausgebildet. Die Antriebseinrichtung 115 ist dazu ausgebildet, um das Laufrad 110 anzutreiben. Die Welle 120 ist zum Verbinden der Antriebseinrichtung 115 mit dem Laufrad 110 ausgebildet, wobei zumindest ein Wellenabschnitt der Welle 120 flexibel ausgeformt ist.
Das Laufrad 110 weist gemäß diesem Ausführungsbeispiel lediglich beispielhaft einen konisch zulaufenden Grundkörper auf, welcher im Betrieb des Laufrads 110 um eine Längsachse drehbar ist. Radial um die Längsachse weist der Grundkörper gemäß diesem Ausführungsbeispiel zwei Schaufeln auf, um bei einer Drehung des Laufrads 110 in dem Fluid 105 einen Fluidstrom oder Fluidsog zu erzeugen. Hierzu sind die Schaufeln gemäß diesem Ausführungsbeispiel spiralförmig um eine Außenwand des Grundkörpers gewunden angeordnet. Gemäß einem alternativen Ausführungsbeispiel weist das Laufrad 110 einen anders ausgeformten, beispielsweise zylinderförmigen oder die Form eines rotierenden B-Spline aufweisenden Grundkörper und/oder eine andere Anzahl an Schaufeln oder Flügeln auf. Die Antriebseinrichtung 115, welche im Folgenden auch nur „Antrieb“ genannt wird, weist gemäß diesem Ausführungsbeispiel einen Elektromotor oder einen druckluftbetriebenen Motor auf. Die Welle 120 ist gemäß diesem Ausführungsbeispiel an zumindest einer Stelle oder an mehreren Stellen oder komplett biegbar ausgeformt.
Die Pumpe 100 weist ferner gemäß diesem Ausführungsbeispiel einen Führungsschlauch 125, ein Laufradgehäuse 130, einen Zulaufschlauch 132, zumindest ein Lagerelement 135, zumindest ein Laufradlager 140 und/oder eine Magnetkupplungseinrichtung 145 auf. Im Falle der Ausführung gemäß 2 könnte auch auf das Lager 140 auch verzichtet werden, wenn das linke Wellenlager 135 diese Funktion übernehmen kann.
Die Welle 120 ist gemäß diesem Ausführungsbeispiel in dem Führungsschlauch 125 aufgenommen, wobei zumindest ein Schlauchabschnitt des Führungsschlauchs 125 flexibel ausgeformt ist. Der Führungsschlauch 125 ist gemäß diesem Ausführungsbeispiel an einem freien Ende mechanisch mit dem Laufrad 110 oder Laufradgehäuse 130 gekoppelt. An einem dem freien Ende gegenüberliegenden freien Ende 147 ist der Führungsschlauch 125 gemäß diesem Ausführungsbeispiel mit der Antriebseinrichtung 115 mechanisch gekoppelt. Die Welle 120 ist somit gemäß diesem Ausführungsbeispiel vollständig in dem Führungsschlauch 125 aufgenommen. Die Antriebseinrichtung 115 ist gemäß diesem Ausführungsbeispiel außerhalb des Führungsschlauchs 125 angeordnet. In dem Laufradgehäuse 130 ist gemäß diesem Ausführungsbeispiel das Laufrad 110 aufgenommen. Das Laufradgehäuse 130 ist gemäß diesem Ausführungsbeispiel rohrförmig ausgeformt und/oder weist eine oder mehrere Durchgangsöffnungen 150 auf, durch die das Fluid 105 im Betrieb der Pumpe 100 nach dem oder beim Fördern aus der Pumpe 100 ausgestoßen wird. Eine Länge der Durchgangsöffnung/en 150 entspricht gemäß diesem Ausführungsbeispiel im Wesentlichen einer Länge der Längsachse des Laufrads 110 oder ist gemäß alternativen Ausführungsbeispielen halb so lang wie die Länge der Längsachse oder größer als die Länge der Längsachse oder etwa so lang wie der beschaufelte Teil des Laufrades . Das Laufradgehäuse 130 weist ferner gemäß diesem Ausführungsbeispiel zwei Laufradlager 140 zum Lagern des Laufrads 110 an dem Laufradgehäuse 130 auf. An den zwei Laufradlagern 140 sind je zwei gegenüberliegende Enden der Laufrads 110 gelagert. Der Zulaufschlauch 132 ist auf einer dem Führungsschlauch 125 gegenüberliegenden Seite des Laufradgehäuses 130 fluidisch mit dem Laufradgehäuse 130 gekoppelt. Der Zulaufschlauch 132 ist ausgeformt, um ein Zuführen des Fluids 105 zu dem Laufrad 110 zu ermöglichen. Im Betrieb der Pumpe 100 wird das Fluid 105 durch den Zulaufschlauch 132, dann das anschließende Laufradgehäuse 130 zu dem Laufrad 110 gefördert, wo es radial durch die Durchgangsöffnung/en 150 das Laufradgehäuse 130 und damit die Pumpe 100 verlässt.
Die Welle 120 ist gemäß diesem Ausführungsbeispiel mittels zweier Lagerelemente 135 in dem Führungsschlauch 125 gelagert. Die Welle 120 ist ferner gemäß diesem Ausführungsbeispiel magnetisch mittels der Magnetkupplungseinrichtung 145 mit dem Laufrad 110 verbunden. In diesem Fall gibt es durch die Magnetkupplung keine physische Verbindung. Die Magnetkupplung überträgt das Antriebsmoment kontaktlos. Gemäß einem alternativen Ausführungsbeispiel ist die Welle 120 mechanisch mit dem Laufrad 110 gekoppelt, siehe hierzu 2.
Die hier vorgestellte Pumpe 100 realisiert gemäß einem Ausführungsbeispiel eine voll-implantierbare VAD-Pumpe mit gekapseltem Antrieb zum lang- und/oder kurzzeitigen Einsatz mit flexibler Welle 120 und/oder einer Magnetkupplungseinrichtung 145.
Eine Größe minimalinvasiv implantierter oder zu implantierender VAD-Pumpen ist typischerweise durch die anatomischen Gegebenheiten limitiert. Dadurch sind eine maximale starre Länge sowie ein maximaler Pumpendurchmesser nach oben hin beschränkt. Der zu implantierende starre Anteil sollte also möglichst kompakt sein, d. h., einen geringen Durchmesser und eine geringe Länge aufweisen. Wird nun der komplette aktive Teil „am Stück“ in einen Körper implantiert, also Zulaufschlauch 132, Laufrad 110 und die Antriebseinrichtung 115 inkl. des Laufradgehäuses 130, so ist die Pumpe 100 verhältnismäßig lang. Der starre Anteil der Pumpe 100 wird hierbei durch das Laufrad 110 sowie die Antriebseinrichtung 115 mit dem Laufradgehäuse 130 eingenommen. Daraus resultiert, dass der maximal zur Verfügung stehende Bauraum für die Antriebseinrichtung 115 und damit deren Leistung anatomisch limitiert und darum auch die maximal möglichen (Blut-)Fördermengen begrenzt sind. Der Pumpendurchmesser ist insbesondere durch den zur Verfügung stehenden Durchmesser z. B. der Femoralarterie, durch die implantiert wird, eingeschränkt, während die starre Länge durch den zur Verfügung stehenden Raum des Aortenbogens eingeschränkt ist.
Aus diesem Grund beschreibt der hier vorgestellte Ansatz eine Möglichkeit, den Antrieb und den hydraulisch aktiven Teil, insbesondere das Laufrad 110, der Pumpe 100 derart zu trennen, dass sich zwei starre Anteile ergeben, die durch die flexible Welle 120 miteinander verbunden sind. Hierdurch können die Längen der beiden starren Anteile jeweils deutlich vergrößert und dadurch die Leistungsfähigkeit der Pumpe 100 und somit die Blutfördermenge wesentlich gesteigert werden.
Es folgt eine Beschreibung einer beispielhaften Ausführung einer hier vorgestellten Pumpe 100:

Die hier vorgestellte Pumpe 100 ist als eine Blutpumpe für ein Herzunterstützungssystem einsetzbar. Wesentlicher Bestandteil des hier vorgestellten Ansatzes ist eine Blutpumpe nach dem Strömungsmaschinenprinzip. Diese Pumpe 100 besteht aus mindestens dem einen Laufrad 110 mit mindestens einer Schaufel, mindestens dem einen Laufradgehäuse 130 sowie mindestens der einen teilweise oder vollständig flexiblen Welle 120 und der Antriebseinrichtung 115, hier in Form eines Elektromotors. Das Laufrad 110 ist mit mindestens einem Laufrad-Lager im Laufradgehäuse 130 gelagert. Die Welle 120 ist weiterhin in einem ebenfalls teilweise oder vollständig flexiblen Schlauch geführt, dem Führungsschlauch 125. Der Führungsschlauch 125 ist mit dem Laufradgehäuse 130 sowie dem Elektromotor oder dessen Motorgehäuse verbunden und gemäß diesem Ausführungsbeispiel idealerweise nach außen also zum Blutfluss hin dicht. Das Laufrad 110 und/oder die Welle 120 sind weiterhin mit mindestens einem Lager im Laufradgehäuse 130 gelagert. Die Welle 120 ist gemäß diesem Ausführungsbeispiel mit dem Motor bzw. der Motorwelle verbunden, direkt oder mittels einer Kupplung, und wird durch diesen angetrieben. Gemäß einem Ausführungsbeispiel handelt es sich hierbei um die gleiche Welle 120. Außerdem ist auf einer dem Motor gegenüberliegenden Seite der Welle 120 mindestens ein Magnet angebracht. Weiterhin befindet sich gemäß diesem Ausführungsbeispiel innerhalb oder auf dem Laufrad 110 mindestens ein weiterer Magnet. Durch diese Anordnung bildet sich gemäß diesem Ausführungsbeispiel eine Magnetkupplung aus, die das Antriebsmoment des Motors berührungslos auf des Laufrad 110 übertragen kann. Die komplette Pumpe 100 mit Laufrad 110, Laufradgehäuse 130 und Antriebseinrichtung 115 ist innerhalb eines Kanals wie einem Blutgefäß eines Körpers einsetzbar. Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird im Betrieb der Pumpe 100 dabei über den Zulaufschlauch 132 das Fluid 105 in Form von Blut direkt aus dem Ventrikel dem Laufrad 110 zugeführt, welches entsprechend den Blutfluss unterstützt oder alleine aufrechterhält. Das Blut wird hierbei seitlich aus dem Laufradgehäuse 130 in die Aorta ausgestoßen. Der Führungsschlauch 125 sollte idealerweise zusammen mit der flexiblen Welle 120 möglichst wenig Reibung im Betrieb verursachen. Hierzu ist der Führungsschlauch 125 gemäß einem Ausführungsbeispiel geeignet beschichtet, gemäß einem Ausführungsbeispiel mit PEEK (Polyetheretherketon) und/oder PTFE (Polytetrafluorethylen). Weiterhin sind im Führungsschlauch 125 gemäß diesem Ausführungsbeispiel weitere Lagerelemente 135 zur Verbesserung der Wellen-Führung (Lagerung) der Welle 120 angeordnet. Weiterhin weist die Pumpe 100 gemäß diesem Ausführungsbeispiel optional eine Halterung 155 z. B. zumindest teilweise aus Nitinol auf, die dazu ausgeformt ist, um die Pumpe 100 im Kanal oder Gefäß, z. B. der Aorta, zu befestigen.

2 zeigt eine schematische Seitendarstellung einer Pumpe 100 zum Fördern eines Fluids 105 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Dabei kann es sich um die anhand von 1 beschriebene Pumpe 100 handeln, mit dem Unterschied, dass die Pumpe 100 gemäß diesem Ausführungsbeispiel eine Spülungsleitung 200, eine Spülpumpe 205 und/oder ein Dichtelement 210 aufweist. Das Laufradgehäuse 130 weist gemäß diesem Ausführungsbeispiel lediglich ein Laufradlager 140 zum Lagern des Laufrads 110 und/oder gemäß diesem Ausführungsbeispiel der Welle 120 auf. Die Welle 120 ist ferner gemäß diesem Ausführungsbeispiel mechanisch und nicht magnetisch mit dem Laufrad 110 verbunden.
Die Spülungsleitung 200 ist fluidisch mit dem Führungsschlauch 125 verbunden und zum Ein- und/oder Ausleiten eines Spülmediums in oder aus dem Führungsschlauch 125 ausgeformt. Eine Eingangsöffnung der Spülungsleitung 200 ist gemäß diesem Ausführungsbeispiel mit dem freien Ende 147 des Führungsschlauchs 125 fluidisch verbunden. Gemäß einem alternativen Ausführungsbeispiel ist die Spülungsleitung 200 als ein Bypass des Führungsschlauchs 125 realisiert.
Die Spülpumpe 205 ist gemäß diesem Ausführungsbeispiel mit der Spülungsleitung 200 verbunden und zum Ein- und/oder Auspumpen des Spülmediums in oder aus dem Führungsschlauch 125 ausgebildet. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist die Spülpumpe 205 dazu ausgebildet, um einen Druck des Spülmediums höher einstellen, als den geförderten Fluidstrom des Fluids 105.
Gemäß einem alternativen Ausführungsbeispiel weist der Führungsschlauch 125 ein Sperrmedium 215 auf, das dazu ausgebildet ist, um ein Eindringen des Fluids 105 in den Führungsschlauch 125 zu verhindern. Hierzu weist das Sperrmedium 215 gemäß einem Ausführungsbeispiel eine höhere Viskosität auf als das Fluid 105. Das Spülmedium und das Sperrmedium 215 können identisch sein, beispielsweise eine biokompatible Flüssigkeit. Das Dichtelement 210 ist gemäß diesem Ausführungsbeispiel in dem Führungsschlauch 125 angeordnet und dazu ausgeformt, um das Eindringen des Fluids 105 in den Führungsschlauch 125 zu verhindern. Hierzu ist das Dichtelement 210 gemäß diesem Ausführungsbeispiel an einem dem Laufrad 110 zugewandten Ende des Führungsschlauchs 125 in dem in dem Führungsschlauch 125 angeordnet.
Das gegenüberliegende freie Ende 147 des Führungsschlauchs 125 ist gemäß diesem Ausführungsbeispiel nicht mit der Antriebseinrichtung 115 gekoppelt, sondern hängt gemäß diesem Ausführungsbeispiel frei um die Welle 120, welche sich aus dem Führungsschlauch 125 heraus erstreckt.
Die hier vorgestellte Pumpe 100 realisiert gemäß einem Ausführungsbeispiel eine VAD-Pumpe zur kurzzeitigen Implantation mit einer flexiblen Welle 120 und einen extrakorporalen Antrieb.
Für temporäre/kurzzeitig eingesetzte VAD-Pumpen ist es wichtig, dass diese sehr schnell implantiert werden können. Hierfür kommt gemäß diesem Ausführungsbeispiel ein möglichst einfaches System einer Pumpe 100 zum Einsatz. Eine Dimensionierung der Antriebseinrichtung 115 ist gemäß diesem Ausführungsbeispiel beliebig, da diese zusammen mit einem mit der Antriebseinrichtung 115 gekoppelten Wellenendabschnitt der Welle 120 gemäß diesem Ausführungsbeispiel nicht im Körper betrieben werden soll, sondern außerhalb des Körpers. So können gemäß einem Ausführungsbeispiel unter Verwendung einer großen und/oder leistungsstarken Antriebseinrichtung 115 vorteilhafterweise hohe Wirkungsgrade realisiert werden, wobei eine entstandene beispielsweise signifikante Wärmemenge nicht gekühlt werden braucht. Außerdem sind die möglichen (Blut-)Fördermengen unbegrenzt, da der maximal zur Verfügung stehende Bauraum des Antriebs und damit dessen Leistung nicht anatomisch limitiert sind. Da die zugeführte elektrische Leistung nicht unerheblich ist, weisen elektrische Zuleitungen gemäß diesem Ausführungsbeispiel möglichst große Querschnitte auf, um hohe ohmsche Verluste zu vermeiden. So ist gemäß einem Ausführungsbeispiel insgesamt eine dicke Zuleitung (Spülungsleitung 200, mehradriges Kabel) realisiert, wobei dank des extrakorporalen Anwendungsgebiets kein Gefäßquerschnitt versperrt und somit die Durchblutung der unteren Extremitäten des Patienten nicht beeinträchtigt wird. Durch die Biegung der Komponenten bei einem vollständig intrakorporalen Einbau (Krümmung des Aortenbogens) der Pumpe 100 könnte ferner eine oder mehrere der elektrischen Zuleitungen beschädigt bzw. abgetrennt werden, womit der Antrieb irreparabel beschädigt werden könnte. Nicht unerheblich ist auch ein Aufwand und Platzbedarf für ein dichtes Vergießen bzw. generell eine dichte Abtrennung zwischen korrosiven Körperflüssigkeiten und elektrischen Kontakten. Dies kann durch die vorgeschlagene Anordnung der Pumpe 100 komplett umgangen werden.
Eine Aufgabe des vorliegenden Ansatzes ist es folglich, eine Pumpe 100 zu schaffen, deren Antrieb dazu geeignet ist, um aus dem Körper verlagert zu werden und somit nur einen hydraulischen, nicht jedoch einen elektrisch aktiven Teil in den Körper (kurzfristig) implantierbar auszuformen.
Es folgt eine Beschreibung einer beispielhaften Ausführung einer hier vorgestellten Pumpe 100:

Wesentlicher Bestandteil des hier vorgestellten Ansatzes ist eine Blutpumpe nach dem Strömungsmaschinenprinzip. Diese Pumpe 100 besteht aus mindestens einem Laufrad 110 mit mindestens einer Schaufel, mindestens einem Laufradgehäuse 130 sowie mindestens einer teilweise oder vollständig flexiblen Welle 120 und der Antriebseinrichtung 115, hier in Form eines Elektromotors. Die Welle 120 ist weiterhin gemäß diesem Ausführungsbeispiel in einem ebenfalls flexiblen Schlauch geführt, dem Führungsschlauch 125. Die Welle 120 ist mit dem Motor verbunden, direkt oder mittels einer Kupplung, und wird durch diesen angetrieben. Weiterhin ist das Laufrad 110 mit der Welle 120 verbunden und wird durch diese angetrieben. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel sind das Laufrad 110 sowie mindestens ein Teil des Laufradgehäuses 130 für einen Einsatz im Körper ausgeformt. Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird dabei im Betrieb über den Zulaufschlauch 132 das Blut direkt aus dem Ventrikel dem Laufrad 110 zugeführt, welches entsprechend den Blutfluss unterstützt oder alleine aufrechterhält. Die flexible Welle 120 sowie der umgebende Führungsschlauch 125 liegen hierbei gemäß dem Ausführungsbeispiel in der Aorta und werden z. B. in der Leistengegend, beispielsweise durch einen Schnitt in der Femoralarterie, aus dem Köper geführt. Weiterhin ist es denkbar, die flexible Welle 120 an einer anderen Stelle aus dem Körper zu führen, z. B. unter der Achsel. Der Antrieb/Elektromotor befindet sich gemäß dem Ausführungsbeispiel außerhalb des Körpers. In einem möglichen Ausführungsbeispiel wird optional von außen durch die mit dem Führungsschlauch 125 verbundene Spülungsleitung 200 eine druckbeaufschlagte, gemäß einem Ausführungsbeispiel über dem Blutdruck liegend, biokompatible Flüssigkeit wie eine Glukoselösung oder NaCI-Lösung eingebracht. Diese verhindert, dass Blut in den Führungsschlauch 125 eindringt bzw. durch den Führungsschlauch 125 nach außerhalb des Körpers gelangt. Der Druck für die Flüssigkeit wird hierbei gemäß einem Ausführungsbeispiel durch eine extrakorporale Pumpe erzeugt, die Spülpumpe 205. Gemäß einem alternativen Ausführungsbeispiel wird auf die Druckbeaufschlagung verzichtet und nur ein biokompatibles Sperrmedium/-fluid 215 in den Führungsschlauch 125 eingebracht, beispielsweise einmalig. Dieses Sperrmedium 215 reduziert ebenfalls die Blutleckage nach außen. Weiterhin ist das Sperrmedium 215 gemäß einem Ausführungsbeispiel dazu ausgebildet, um eine Reibung zwischen der flexiblen Welle 120 und dem Führungsschlauch 125 zu reduzieren sowie dort entstehende Reibleistung abzuführen. Gemäß einem alternativen Ausführungsbeispiel wird auf die Spülung und/oder das Sperrmedium 215 verzichtet. In diesem Fall kann optional das Dichtungselement 210 eingebracht sein, welches die Blutleckage minimiert.

Zusätzlich wird durch den hier vorgeschlagenen Aufbau der Pumpe 100 ein Einfluss hochfrequenter Wechselfelder durch die elektronische Kommutierung des Antriebes maßgeblich verbessert, das diese insbesondere bei langen Zuleitungen verstärkt auftreten. Durch den außen liegenden Antrieb werden diese Wechselfelder vorteilhafterweise reduziert.
3 zeigt eine schematische Seitendarstellung eines Laufrads 110 einer Pumpe 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Dabei kann es sich um eines der anhand der vorangegangenen Figuren beschriebenen Laufräder 110 handeln.
4 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens 400 zum Herstellen einer Pumpe gemäß einem Ausführungsbeispiel. Dabei kann es sich um eine der anhand der vorangegangenen Figuren beschriebenen Pumpen handeln.
Das Verfahren 400 weist einen Schritt 405 des Bereitstellens und einen Schritt 410 des Verbindens auf. Im Schritt 405 des Bereitstellens werden ein Laufrad zum Fördern des Fluids und eine Antriebseinrichtung, die dazu ausgebildet ist, um das Laufrad anzutreiben, bereitgestellt. Im Schritt 410 des Verbindens wird die Antriebseinrichtung mit dem Laufrad mittels einer Welle verbunden, wobei zumindest ein Wellenabschnitt der Welle flexibel ausgeformt ist, um die Pumpe herzustellen.
Umfasst ein Ausführungsbeispiel eine „und/oder“-Verknüpfung zwischen einem ersten Merkmal und einem zweiten Merkmal, so ist dies so zu lesen, dass das Ausführungsbeispiel gemäß einer Ausführungsform sowohl das erste Merkmal als auch das zweite Merkmal und gemäß einer weiteren Ausführungsform entweder nur das erste Merkmal oder nur das zweite Merkmal aufweist.

Claims

Pumpe (100) zum Fördern eines Fluids (105), wobei die Pumpe (100) die folgenden Merkmale aufweist: ein Laufrad (110) zum Fördern des Fluids (105); eine Antriebseinrichtung (115), die dazu ausgebildet ist, um das Laufrad (110) anzutreiben; und eine Welle (120) zum Verbinden der Antriebseinrichtung (115) mit dem Laufrad (110), wobei zumindest ein Wellenabschnitt der Welle (120) flexibel ausgeformt ist.
Pumpe (100) gemäß Anspruch 1, mit einem Führungsschlauch (125), in dem die Welle (120) aufgenommen oder aufnehmbar ist, wobei zumindest ein Schlauchabschnitt des Führungsschlauchs (125) flexibel ausgeformt ist.
Pumpe (100) gemäß Anspruch 2, bei der Führungsschlauch (125) ein Sperrmedium (215) aufweist, das dazu ausgebildet ist, um ein Eindringen des Fluids (105) in den Führungsschlauch (125) zu verhindern.
Pumpe (100) gemäß Anspruch 2, mit einer fluidisch mit dem Führungsschlauch (125) verbundenen Spülungsleitung (200) zum Ein- und/oder Ausleiten eines Spülmediums in oder aus dem Führungsschlauch (125).
Pumpe (100) gemäß Anspruch 4, mit einer mit der Spülungsleitung (200) verbundenen Spülpumpe (205) zum Ein- und/oder Auspumpen des Spülmediums in oder aus dem Führungsschlauch (125).
Pumpe (100) gemäß einem der Ansprüche 2 bis 5, mit zumindest einem Lagerelement (135) zum Lagern der Welle (120) in dem Führungsschlauch (125).
Pumpe (100) gemäß einem der Ansprüche 2 bis 6, mit zumindest einem in dem Führungsschlauch (125) angeordneten oder anordenbaren Dichtelement (210), das dazu ausgeformt ist, um ein Eindringen des Fluids (105) in den Führungsschlauch (125) zu verhindern.
Pumpe (100) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, mit einem Laufradgehäuse (130), in dem das Laufrad (110) aufgenommen oder aufnehmbar ist.
Pumpe (100) gemäß Anspruch 8, bei der das Laufradgehäuse (130) zumindest ein Laufradlager (140) zum Lagern des Laufrads (110) und/oder der Welle (120) an dem Laufradgehäuse (130) aufweist.
Pumpe (100) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, bei der die Welle (120) mechanisch oder magnetisch mittels einer Magnetkupplungseinrichtung (145) mit dem Laufrad (110) verbunden oder verbindbar ist.
Pumpe (100) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, bei der die Antriebseinrichtung (115) einen Elektromotor oder einen druckluftbetriebenen Motor aufweist.
Verfahren (400) zum Herstellen einer Pumpe (100) zum Fördern eines Fluids (105), wobei das Verfahren (400) die folgenden Schritte aufweist: Bereitstellen (405) eines Laufrads (110) zum Fördern des Fluids (105) und einer Antriebseinrichtung (115), die dazu ausgebildet ist, um das Laufrad (110) anzutreiben; und Verbinden (410) der Antriebseinrichtung (115) mit dem Laufrad (110) mittels einer Welle (120), wobei zumindest ein Wellenabschnitt der Welle (120) flexibel ausgeformt ist, um die Pumpe (100) herzustellen.
Vorrichtung, die eingerichtet ist, um die Schritte (405, 410) des Verfahrens (400) gemäß Anspruch 12 in entsprechenden Einheiten auszuführen und/oder anzusteuern.
Computerprogramm, das dazu eingerichtet ist, die Schritte (405, 410) des Verfahrens (400) gemäß Anspruch 12 auszuführen und/oder anzusteuern.
Maschinenlesbares Speichermedium, auf dem das Computerprogramm nach Anspruch 14 gespeichert ist.