DE102020132268B3 - ARTIFICIAL HEART - Google Patents

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Abstract

Ein künstliches Herz enthält einen Herzsack (10), eine Paddeleinheit (7), eine Antriebseinheit (28) und eine Steuereinheit. Das Künstliche Herz enthält vorzugsweise einen Herzskelettring (37), ein Adaptionsgerüst (56), eine künstliche Herzbasis (83) und ein Winkelverstellsystem (1). Der Skelettring (37) ist anatomiegetreu konzipiert und enthält wie der Herzsack (10) mindestens eine Eintrittsöffnung und mindestens eine Austrittsöffnung. Das Adaptionsgerüst (56) ist anatomisch manipuliert, sodass es die Blutzirkulation in den Herzsack (10) hinein begünstigt und in mindestens zwei Öffnungsstellen hinaus teilweise hindert. Die Antriebseinheit (28) ist auf einer künstlichen Herzbasis (83) montiert, und versetzt mindestens ein Paddel (53) der Paddeleinheit (7) in eine Rotationsbewegung um eine Pumpbewegung zu erzeugen. Die Steuereinheit steuert den hierzu erforderlichen Winkel und/oder die erforderliche Winkelgeschwindigkeit des mindestens einen Paddels (53) der Paddeleinheit (7) so, dass ein durch den Herzsack (10) begrenztes Volumen durch die Rotationsbewegung kontinuierlich veränderlich ist. Das Winkelverstellsystem (1) befestigt die oben genannten Bestandteile des künstlichen Herzens an einer Wirbelsäule. Dabei unterstützt dieses Winkelverstellsystem das Restgewebe des natürlichen Herzens bei der Gewichtverteilung, und garantiert dennoch die relativ freie Bewegung des künstlichen Herzens.An artificial heart contains a heart sac (10), a paddle unit (7), a drive unit (28) and a control unit. The artificial heart preferably contains a cardiac skeleton ring (37), an adaptation framework (56), an artificial heart base (83) and an angle adjustment system (1). The skeletal ring (37) is designed true to anatomy and, like the cardiac sac (10), contains at least one entry opening and at least one exit opening. The adaptation framework (56) is anatomically manipulated so that it promotes blood circulation into the heart sac (10) and partially prevents it in at least two openings. The drive unit (28) is mounted on an artificial heart base (83) and causes at least one paddle (53) of the paddle unit (7) to rotate in order to generate a pumping movement. The control unit controls the required angle and/or the required angular velocity of the at least one paddle (53) of the paddle unit (7) in such a way that a volume limited by the cardiac sac (10) is continuously variable due to the rotational movement. The angular adjustment system (1) attaches the above components of the artificial heart to a spine. This angle adjustment system supports the remaining tissue of the natural heart in distributing the weight, while still guaranteeing the relatively free movement of the artificial heart.

Description

Die Erfindung betrifft ein künstliches Herz, das in einen menschlichen oder tierischen Körper implantierbar ist.The invention relates to an artificial heart that can be implanted in a human or animal body.

Die weltweite Zahl an Patienten mit fortgeschrittener Herzinsuffizienz, die ein neues Herz brauchen, steigt ständig. Durch den steigenden Bedarf an Spenderherzen steigt auch die Wartezeit auf eine lebensrettende Herztransplantation. Des Weiteren gibt es eine Gruppe von Patienten bei denen durch eine intra- bzw. postoperative Komplikation eine sehr schlechte Pumpfunktion des Herzens auftritt. Diese Patienten hätten eigentlich kein neues Herz gebraucht.The number of advanced heart failure patients worldwide who need a new heart is constantly increasing. With the increasing need for donor hearts, the waiting time for a life-saving heart transplant is also increasing. Furthermore, there is a group of patients in whom a very poor pumping function of the heart occurs due to an intraoperative or postoperative complication. These patients actually did not need a new heart.

Um den steigenden Bedarf an akuten Herztransplantationen abmildern zu können, gibt es beispielsweise „left venticular assist devices“ (deutsch: „linke Herzkammer Unterstützungs-Gerät“) LVAD. Diese Geräte bestehen im Wesentlichen aus einem implantierten Pumpenkopf, der eine Axialpumpe enthält, und einem extrakorporalen Steuergerät. Der Pumpenkopf ist an der Herzspitze und der Aorta Ascendens eines natürlichen Herzens mittels einer Gefäßprothese angeschlossen. Diese sogenannte Ausflussprothese pumpt das über die Herzspitze aus dem Herzen angesaugte Blut in die Aorta Ascendens. Eine Kreiselpumpe bzw. Axialpumpe saugt das Blut ständig ab und unterstützt somit wird die linke Herzkammer. Das extrakorporale Steuergerät ist über eine Leitung mit dem implantierten Pumpenkopf verbunden.In order to be able to alleviate the increasing need for acute heart transplants, there are, for example, "left venticular assist devices" (German: "left heart chamber support device") LVAD. These devices essentially consist of an implanted pump head containing an axial pump and an extracorporeal control unit. The pump head is attached to the apex and ascending aorta of a natural heart by means of a vascular prosthesis. This so-called outflow prosthesis pumps the blood sucked out of the heart via the apex of the heart into the ascending aorta. A centrifugal pump or axial pump constantly sucks out the blood and thus supports the left ventricle. The extracorporeal control unit is connected to the implanted pump head via a line.

Ein solches LVAD ist von Nachteil, da es durch die die Haut durchdringende Verbindungsleitung ein deutlich erhöhtes Infektionsrisiko für den Patienten darstellt. Besonders nachteilig bei diesem Gerät ist vor allem, dass das LVAD lediglich für die Behandlung einer abgeschwächten Pumpfunktion der linken Herzkammer konzipiert ist. Bei einer Behandlung eines kombinierten rechts/links Herzversagens liegt sogar besonders nachteilig eine Kontraindikation zum Einsatz eines LVAD vor. In einem LVAD befindet sich das Blut des Trägers in ständigem Kontakt mit den metallischen Drehkomponenten der Pumpe, wodurch eine Neigung zur Thrombenbildung oder Hämolyse verursacht wird. Um der Thrombenbildung bzw. der Hämolyse ist es unerlässlich, dass der Patient starke Blutverdünnungsmittel einnimmt. Das LVAD erzeugt einen kontinuierlichen Druck in der Blutzirkulation. Dieser kontinuierliche Druck begünstigt die Bildung einer arteriellen, venösen Fehlbildung (Arteriovenöse-Malformation). Aus diesen Fehlbildungen resultieren häufig innere Blutungen die, begünstigt durch die Einnahme der notwendigen Blutverdünnungsmittel, lebensbedrohlich sein können. Des Weiteren kann das LVAD in 20-50% der implantierten Fälle maligne ventrikuläre Arrhythmien verursachen. Diese Geräte sind als überbrückende Maßnahme bis zu einer Transplantation oder unter Umständen als endgültige Therapie angedacht. Die Lebensqualität ist durch eine LAVD jedoch massiv eingeschränkt.Such an LVAD is disadvantageous since it poses a significantly increased risk of infection for the patient due to the connecting line penetrating the skin. A particular disadvantage of this device is that the LVAD is only designed for the treatment of a weakened pumping function of the left ventricle. In the treatment of combined right/left heart failure, there is even a particularly disadvantageous contraindication for the use of an LVAD. In an LVAD, the wearer's blood is in constant contact with the metal rotating components of the pump, causing a propensity for thrombus formation or hemolysis. To prevent thrombus formation or haemolysis, it is essential that the patient takes strong blood thinners. The LVAD creates continuous pressure in the bloodstream. This continuous pressure favors the formation of an arterial, venous malformation (arteriovenous malformation). These malformations often result in internal bleeding, which can be life-threatening if the necessary blood thinning medication is taken. Furthermore, the LVAD can cause malignant ventricular arrhythmias in 20-50% of implanted cases. These devices are intended as a bridging measure until a transplant or possibly as a definitive therapy. However, the quality of life is massively restricted by a LAVD.

Die US 2014 / 0 371 849 A1 zeigt eine in sich geschlossene, vollständig implantierbare Blutpumpe. Es handelt sich dabei um eine kleine kugelförmige Vorrichtung, die die gesamte Bluttransportdynamik umfasst, wobei die Vorrichtung in zwei Halbkugeln unterteilt ist. Eine erste und eine zweite Membran trennen den Innenbereich jeder Halbkugel in je eine Kammer. Jede Halbkugel hat ein Einlassventil und ein Auslassventil in Form von künstlichen Herzklappen. Ein rotierender Kern ist an einer Welle im Inneren des Kunstherzens befestigt, die wiederum mit einem Motor gekoppelt, um den Kern in Drehung zu versetzen.US 2014/0 371 849 A1 shows a self-contained, fully implantable blood pump. It is a small spherical device that encompasses all of the blood transport dynamics, with the device being divided into two hemispheres. A first and a second membrane separate the interior of each hemisphere into a chamber. Each hemisphere has an inlet valve and an outlet valve in the form of artificial heart valves. A rotating core is attached to a shaft inside the artificial heart, which in turn is coupled to a motor to spin the core.

Die US 4 600 405 A zeigt ein künstliches Herz bestehend aus einem künstlichen Herzgehäuse mit einer Vielzahl von darin angeordneten Kammern. Im Gehäuse befindet sich ein schwingender Flügel zum Ausstoßen oder Einziehen des Bluts in jeder im künstliche Herzgehäuse ausgebildeten Kammer. Der schwingende Flügel wird elektromechanisch von der Außenseite des Gehäuses angetrieben. Eine Vielzahl von Einlässen und Auslässen ermöglicht das Pumpen des Blutes zu und von den verschiedenen Körperteilen.the U.S. 4,600,405A shows an artificial heart consisting of an artificial heart housing with a multiplicity of chambers arranged therein. A vibrating vane is located in the housing for expelling or drawing in the blood in each chamber formed in the artificial heart housing. The oscillating wing is driven electromechanically from the outside of the housing. A variety of inlets and outlets allow blood to be pumped to and from different parts of the body.

Die US 4 310 930 A zeigt eine künstliche Herzpumpe mit einem im Innenraum einer Blutpumpenkammer angeordneten Flügel. Der Flügel ist auf einer Flügelwelle, die sich vom Getriebegehäuse in die Blutpumpenkammer erstreckt, angebracht. Rückschlagventile sind vorgesehen, um die Richtung des Blutflusses zu steuern und den Betriebsmodus der Pumpe zu bestimmen.the U.S. 4,310,930A shows an artificial heart pump with a vane arranged in the interior of a blood pump chamber. The vane is mounted on a vane shaft that extends from the gear housing into the blood pumping chamber. Check valves are provided to control the direction of blood flow and determine the mode of operation of the pump.

Die DE 10 2011 054 768 A1 zeigt ein künstliches Herz zur Nachbildung eines menschlichen Herzens. Dieses künstliche Herz besteht aus zwei sichelförmigen Förderkammern mit jeweils einer Eintrittsöffnung und einer Austrittsöffnung, einer Antriebseinrichtung und einem Energiespeicher. Jede Förderkammer ist von einer flexiblen und einer starren Wandung begrenzt. Eine Pumpfunktion des künstlichen Herzens wird durch Verformung der flexiblen Wandung mit Hilfe der Antriebseinrichtung erreicht. Die Antriebseinrichtung ist hierzu zwischen den Förderkammern angeordnet. Um einen gerichteten Blutfluss zu erreichen, ist in die Eintrittsöffnung und die Austrittsöffnung einer jeden Förderkammer jeweils ein Rückschlagventil integriert.the DE 10 2011 054 768 A1 shows an artificial heart to replicate a human heart. This artificial heart consists of two crescent-shaped pumping chambers, each with an inlet opening and an outlet opening, a drive device and an energy store. Each pumping chamber is delimited by a flexible and a rigid wall. A pumping function of the artificial heart is achieved by deforming the flexible wall with the help of the drive device. For this purpose, the drive device is arranged between the conveying chambers. In order to achieve a directed blood flow, a non-return valve is integrated into the inlet opening and the outlet opening of each pumping chamber.

Nachteilig bei dem in der DE 10 2011 054 768 A1 gezeigten künstlichen Herz ist die Sichelform der Förderkammern mit einer starren Wandung. Durch die Sichelform in Verbindung mit der starren Wandung ist ein vollständiger Austausch des im Herzen befindlichen Blutes nicht gewährleistet. Außerdem ist das eingesetzte Klappensystem von Nachteil, da ein solches Klappensystem ein Bilden von Tromben fördert. Um den nachteiligen Effekt entgegenzuwirken, wird der Patient mit gerinnungshemmenden Medikamenten versorgt. Eine ständige Medikation mit solchen Mitteln ist für den Patienten risikobehaftet und damit besonders nachteilig. Ein weiterer Nachteil dieses künstlichen Herzens ist dessen Eigengewicht, das die dünnen Venenwände bei körperlicher Betätigung extrem beansprucht.Disadvantage of the in the DE 10 2011 054 768 A1 shown artificial heart is the crescent shape of the pumping chambers with a star wall. Due to the sickle shape in connection with the rigid wall, a complete exchange of the blood in the heart is not guaranteed. In addition, the flap system used is disadvantageous, since such a flap system promotes the formation of turbulence. To counteract the adverse effect, the patient is given anticoagulant medication. Constant medication with such agents is risky for the patient and is therefore particularly disadvantageous. Another disadvantage of this artificial heart is its own weight, which puts extreme strain on the thin vein walls during physical activity.

Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, ein permanent implantierbares künstliches Herz zu schaffen, das es ermöglicht, auf gerinnungshemmenden Maßnahmen zu verzichten. Außerdem soll das künstliche Herz zuverlässig sein und die Lebensqualität des Patienten verbessern.The invention is therefore based on the object of creating a permanently implantable artificial heart that makes it possible to dispense with anticoagulant measures. In addition, the artificial heart should be reliable and improve the patient's quality of life.

Die Aufgabe wird durch ein künstliches Herz mit den Merkmalen des Hauptanspruchs gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der hierauf rückbezogenen Unteransprüche.The problem is solved by an artificial heart with the features of the main claim. Advantageous further developments are the subject matter of the subclaims which refer back thereto.

Ein erfindungsgemäßes künstliches Herz enthält einen Herzsack, eine Paddeleinheit, eine Antriebseinheit und eine Steuereinheit.Der Herzsack enthält mindestens eine Eintrittsöffnung und mindestens eine Austrittsöffnung. Die Antriebseinheit ist so ausgelegt, dass sie mindestens ein Paddel der Paddeleinheit in eine Rotationsbewegung versetzt. Dabei werden Winkel und/oder Winkelgeschwindigkeit des mindestens einen Paddels der Paddeleinheit durch die Steuereinheit gesteuert.An artificial heart according to the invention contains a heart sac, a paddle unit, a drive unit and a control unit. The heart sac contains at least one entry port and at least one exit port. The drive unit is designed in such a way that it causes at least one paddle of the paddle unit to rotate. The angle and/or angular speed of the at least one paddle of the paddle unit are controlled by the control unit.

Die Paddeleinheit ist vorzugsweise so ausgelegt, dass ein durch den Herzsack begrenztes Volumen über die Rotationsbewegung kontinuierlich veränderlich ist. The paddle unit is preferably designed in such a way that a volume delimited by the cardiac sac is continuously variable over the rotational movement.

Vorteilhafterweise stellt die Kombination aus Herzsack und Paddeleinheit ein ständiges Bewegen des in den Herzsack ein- und abfließenden Blutes sicher. Somit ist eine Trombenbildung in dem im künstlichen Herzen befindlichen Blutvolumens verhindert. Durch die Steuerung des Winkels und/oder Winkelgeschwindigkeit des mindestens einen Paddels der Paddeleinheit lässt sich in besonders vorteilhafter Weise nahezu jede gewünschte Art eines pulsierenden Blutflusses in Form einer physiologischen, pulsierenden Pumpaktion in die sowohl pulmonale als auch systemische Zirkulation nachbilden. Durch die physiologische pulsierende Pumpaktion wird besonders vorteilhaft eine Bildung von arteriellen und/oder venösen Fehlbildungen vermieden. Vorteilhafterweise werden durch den Ersatz geschwächter Herzkammermuskulaturen mit einem mechanischen System ventrikuläre (aus den Herzkammern stammende) Herzrhythmusstörungen vermieden.Advantageously, the combination of heart sac and paddle unit ensures constant movement of the blood flowing into and out of the heart sac. Thus, a trom formation in the blood volume located in the artificial heart is prevented. By controlling the angle and/or angular velocity of the at least one paddle of the paddle unit, almost any desired type of pulsating blood flow in the form of a physiological, pulsating pump action in both the pulmonary and systemic circulation can be simulated in a particularly advantageous manner. The formation of arterial and/or venous malformations is particularly advantageously avoided by the physiological pulsating pumping action. Advantageously, by replacing weakened heart chamber muscles with a mechanical system, ventricular (originating from the heart chambers) cardiac arrhythmias are avoided.

Darüber hinaus enthält die Paddeleinheit des erfindungsgemäßen künstlichen Herzens mindestens einen Schieber. Dieser Schieber ist an die Rotationsbewegung der Paddeleinheit gekoppelt. Der Schieber ist so ausgelegt, dass die mindestens eine Eintrittsöffnung des Herzsacks durch diesen Schieber verschließbar ist.In addition, the paddle unit of the artificial heart according to the invention contains at least one slider. This slide is linked to the rotary movement of the paddle unit. The slide is designed in such a way that the at least one entry opening of the heart sac can be closed by this slide.

Der Schieber stellt in besonders vorteilhafter Weise sicher, dass ein Rückfluss des im Herzsack befindlichen Blutes durch die Eintrittsöffnung größtenteils verhindert wird. Außerdem wird durch die Gestaltung der Rückflussverhinderung in Form eines Schiebers ermöglicht, auf die Gabe von Blutverdünnern zu verzichten.In a particularly advantageous manner, the slide ensures that the blood in the cardiac sac is largely prevented from flowing back through the inlet opening. In addition, the design of the backflow prevention in the form of a slide makes it possible to dispense with the administration of blood thinners.

Weiter besteht der Herzsack des künstlichen Herzens aus zwei Kammern. Zwischen den zwei Kammern des Herzsacks ist an jeder der Kammern eine erste und eine zweite ebene Fläche ausgebildet. Zwischen den ersten ebenen Flächen ist ein Septum angebracht. Die Paddeleinheit ist zwischen den zweiten ebenen Flächen des Herzsacks angeordnet.The cardiac sac of the artificial heart also consists of two chambers. Between the two chambers of the heart sac, first and second planar surfaces are formed on each of the chambers. A septum is fitted between the first flat surfaces. The paddle assembly is positioned between the second planar surfaces of the cardiac sac.

Die Zweiteilung des Herzsacks ermöglicht in vorteilhafter Weise eine Nachbildung eines getrennten Blutstroms für den großen sowie den kleinen Blutkreislauf. Das Septum im Bereich der ersten ebenen Flächen des Herzsacks verhindert dabei eine Übertragung von Pumpbewegungen zwischen den Kammern des Herzsacks, und maximiert den von dem Paddel erzeugten Anstoßeffekt und somit das Herzschlagvolumen. Die Anbringung der Paddeleinheit zwischen den zweiten ebenen Flächen des Herzsacks ermöglicht eine Kompression des Herzsacks.The division of the heart sac into two advantageously enables a separate blood flow to be simulated for the large and small blood circuits. The septum in the area of the first flat surfaces of the heart sac prevents a transfer of pumping movements between the chambers of the heart sac and maximizes the impact effect generated by the paddle and thus the heart stroke volume. The placement of the paddle assembly between the second planar surfaces of the cardiac sac allows compression of the cardiac sac.

Bevorzugt enthält die Antriebseinheit des künstlichen Herzens ein Getriebe, das mindestens zwei teilverzahnte Zahnräder enthält. Die teilverzahnten Zahnräder sind so ausgelegt, dass mindestens zwei Paddel der Paddeleinheit durch das Getriebe gekoppelt sind und zeitverzögert bewegt werden.The drive unit of the artificial heart preferably contains a gear which contains at least two partially toothed gear wheels. The partially toothed gear wheels are designed in such a way that at least two paddles of the paddle unit are coupled by the gear and are moved with a time delay.

Vorteilhafterweise wird durch die Kopplung von zwei Paddeln über die teilverzahnten Zahnräder im Getriebe eine zeitverzögerte Betätigung der Paddel erreicht. Daraus resultiert ein dem menschlichen Herzschlag nahekommender pulsierender Blutstrom. Dabei ist besonders vorteilhaft auch der zeitliche Unterschied zwischen dem kleinen bzw. großen Blutkreislauf nachvollzogen.Advantageously, a time-delayed actuation of the paddles is achieved by the coupling of two paddles via the partially toothed gears in the transmission. This results in a pulsating blood flow that approximates the human heartbeat. The difference in time between the small and large blood circulation is also particularly advantageously understood.

Die Antriebseinheit des künstlichen Herzens umfasst mindestens einen Servomotor der eine Sensorik zum Erfassen des Winkels eines Paddels enthält. Der Servomotor mit seiner Sensorik ermöglicht in vorteilhafter Weise das genaue Einstellen eines Paddelwinkels und eine genaue Einhaltung der Stellgeschwindigkeit.The drive unit of the artificial heart comprises at least one servomotor which has a sensor system for detecting the angle of a paddle holds. The servomotor with its sensors advantageously enables the precise setting of a paddle angle and precise compliance with the setting speed.

Bevorzugt umfasst das künstliche Herz eine Herzabdeckung und einen Skelettring. Der Herzsack, die Paddeleinheit, die Steuereinheit und die Antriebseinheit sind vorzugsweise von der Herzabdeckung umschlossen. Der Skelettring schließt dabei die Herzabdeckung zumindest im Bereich der mindestens einen Eintrittsöffnung und mindestens einen Austrittsöffnung des Herzsacks ab.Preferably, the artificial heart includes a heart cover and a skeletal ring. The heart sac, the paddle assembly, the control unit and the drive unit are preferably enclosed within the heart cover. The skeletal ring closes off the heart cover at least in the area of the at least one entry opening and at least one exit opening of the heart sac.

Die Herzabdeckung in Verbindung mit dem Skelettring verhindert in vorteilhafter Weise das Eindringen von Gewebe in die Mechanik des künstlichen Herzens. Außerdem wird eine Verletzung des umliegenden Gewebes durch die bewegten Teile des künstlichen Herzens verhindert. Des Weiteren wird eine unfallmäßige bzw. vom Arzt verursachte (iatrogene) Beschädigung der inneren Komponenten des künstlichen Herzens verhindert.The heart cover in conjunction with the skeletal ring advantageously prevents tissue intrusion into the mechanics of the artificial heart. In addition, damage to the surrounding tissue by the moving parts of the artificial heart is prevented. Furthermore, accidental or doctor-caused (iatrogenic) damage to the inner components of the artificial heart is prevented.

Bevorzugt umfasst das künstliche Herz eine Manschette und ein Winkelverstellsystem. Die Manschette umschließt die Herzabdeckung teilweise und ermöglicht ein Fixieren des künstlichen Herzens mit Hilfe des Winkelverstellsystems.The artificial heart preferably comprises a cuff and an angle adjustment system. The cuff partially encloses the heart cover and allows the artificial heart to be fixed using the angle adjustment system.

Vorteilhafterweise wird das künstliche Herz durch das Winkelverstellsystem, das mithilfe der Manschette an der Herzabdeckung befestigt ist, im menschlichen Körper fixiert. Hierbei simuliert das Winkelverstellsystem die Beweglichkeit des natürlichen menschlichen bzw. tierischen Herzbeutels bezüglich seiner Lage im Körper. Das Winkelverstellsystem nimmt dazu das Herzgewicht auf, ohne dabei die relativ freie Bewegung des Herzens bei unterschiedlichen Körperhaltungen einzuschränken. Die Gewichtskraft wird dabei in die knöchernen Strukturen des Patienten abgeleitet. Dabei lässt sich besonders vorteilhaft der Winkel und die Position des künstlichen Herzens den anatomischen Vorgaben des Körpers anpassen.Advantageously, the artificial heart is fixed in the human body by the angular adjustment system, which is attached to the heart cover by means of the cuff. The angle adjustment system simulates the mobility of the natural human or animal pericardium with regard to its position in the body. The angle adjustment system absorbs the weight of the heart without restricting the relatively free movement of the heart in different postures. The weight force is transferred to the patient's bony structures. The angle and the position of the artificial heart can be adapted to the anatomical specifications of the body in a particularly advantageous manner.

Bevorzugt umfasst die im künstlichen Herzen enthaltene Steuereinheit einen Mikrokontroller, eine Kommunikationseinheit und eine Motorenschnittstelle. Der Mikrokontroller ist so konfiguriert, dass das künstliche Herz einen künstlichen Herzschlag erzeugt. Dazu steuert die Steuereinheit mit Hilfe der Motorenschnittstelle den Servomotor an. Außerdem dient die Motorschnittstelle dazu, die durch die Sensorik des Servomotors ermittelten Winkel zu erfassen. Die Kommunikationseinheit stellt eine kontaktlose Datenverbindung zur Übertragung von Vorgabewerten und/oder Messwerten bereit.The control unit contained in the artificial heart preferably comprises a microcontroller, a communication unit and a motor interface. The microcontroller is configured in such a way that the artificial heart generates an artificial heartbeat. To do this, the control unit controls the servo motor using the motor interface. The motor interface is also used to record the angles determined by the servo motor sensors. The communication unit provides a contactless data connection for the transmission of default values and/or measured values.

Die Steuereinheit steuert in vorteilhafter Weise den durch das künstliche Herz erzeugten Herzschlag. Dabei lässt sich die Pumpleistung mithilfe der über die Motorschnittstelle erfassten Winkeldaten besonders exakt einstellen. Das Verhalten des Herzschlags lässt sich durch die Kommunikationsschnittstelle den Bedürfnissen des Patienten und dessen Körper exakt anpassen. Dazu lassen sich über die Kommunikationsschnittstelle in vorteilhafter Weise Parameter und Messwerte aus der Steuerung abrufen und einstellen. Besonders vorteilhaft lassen sich hämodynamische Messwerte, wie z.B. Geschwindigkeiten und Schlagvolumen, über die Klappenöffnungen auslesen. Die Steuerung über die kontaktlose Datenverbindung ermöglicht nicht nur dem Arzt, sondern auch dem Patienten selbst eine räumlich unbegrenzte und damit besonders benutzerfreundliche Kontrolle über das künstliche Herz. Vorteilhafterweise lässt sich das künstliche Herz durch eine im Septumrest implantierte Elektrode mit den noch vorhandenen intakten Sinusimpulsen synchronisieren und damit hartnäckige supraventrikuläre Arrhythmien terminieren.The control unit advantageously controls the heartbeat generated by the artificial heart. The pump output can be adjusted particularly precisely with the help of the angle data recorded via the motor interface. The behavior of the heartbeat can be precisely adapted to the needs of the patient and his body via the communication interface. For this purpose, parameters and measured values can advantageously be called up and set from the controller via the communication interface. Haemodynamic measurements, such as velocities and stroke volumes, can be read out via the valve openings in a particularly advantageous manner. Control via the contactless data connection enables not only the doctor, but also the patient himself to have spatially unlimited and therefore particularly user-friendly control over the artificial heart. Advantageously, the artificial heart can be synchronized with the remaining intact sinus impulses by means of an electrode implanted in the rest of the septum and thus stubborn supraventricular arrhythmias can be terminated.

Das erfindungsgemäße künstliche Herz enthält bevorzugt einen Energiespeicher, der kontaktlos aufladbar ist. Vorteilhafterweise lässt sich das künstliche Herz durch den kontaktlos aufladbaren Energiespeicher mit Energie versorgen, ohne ein Infektionsrisiko durch eine Durchdringung von Ladeanschlüssen durch die Hautoberfläche zu verursachen.The artificial heart according to the invention preferably contains an energy store that can be charged without contact. Advantageously, the artificial heart can be supplied with energy by the contactless chargeable energy store without causing a risk of infection by charging connections penetrating through the skin surface.

Bevorzugt ist der Herzsack des künstlichen Herzens aus einem hypoallergenen Polysiloxane mit einer Shore-A Härte von 10 Shore bis 20 Shore oder einem Polyester gefertigt. Vorteilhafterweise haftet an einem solchen hypoallergenen Polysiloxane kein Blut an. Somit kann eine materialbedingte Thrombenbildung verhindert werden. Außerdem ist ein solches Material äußerst reißfest und extrem dehnbar.The heart sac of the artificial heart is preferably made of a hypoallergenic polysiloxane with a Shore A hardness of 10 Shore to 20 Shore or a polyester. Advantageously, no blood adheres to such a hypoallergenic polysiloxane. Material-related thrombus formation can thus be prevented. In addition, such a material is extremely tear-resistant and extremely stretchable.

Bevorzugt enthält das künstliche Herz ein Adaptionsgerüst mit mindestens einer Öffnung. Die Öffnungen sind so ausgelegt, dass sie die mindestens eine Eintrittsöffnung und mindestens eine Austrittsöffnung des Herzsacks mit mindestens einer korrespondierenden Verbindungsmuffe des Skelettrings verbindet.The artificial heart preferably contains an adaptation framework with at least one opening. The ports are designed to connect the at least one entry port and at least one exit port of the heart sac to at least one corresponding connector sleeve of the skeletal ring.

Vorteilhafterweis lässt sich dadurch ein und dieselbe Grundkonstruktion des künstlichen Herzens bei nahezu jedem Patienten einsetzen. Besonders vorteilhaft lässt sich das künstliche Herz über das Adaptionsgerüst in Verbindung mit den Skelettring an die physiologischen Gegebenheiten anpassen.Advantageously, one and the same basic construction of the artificial heart can be used in almost every patient. In a particularly advantageous manner, the artificial heart can be adapted to the physiological conditions via the adaptation framework in connection with the skeletal ring.

Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung beispielhaft beschrieben. Die Zeichnungen zeigen:

  • 1 eine 3D Innenansicht eines Ausführungsbeispiels des künstlichen Herzens;
  • 2 eine 3D Innenansicht des Herzsacks eines Ausführungsbeispiels mit den Schiebern;
  • 3 ein Winkelverstellsystem eines Ausführungsbeispiels;
  • 4 eine Implantationsstelle eines Ausführungsbeispiels;
  • 5 einen Skelettring eines Ausführungsbeispiels;
  • 6 einen Umfangsring eines Ausführungsbeispiels mit dem Konnektor;
  • 7 einen Herzsack eines Ausführungsbeispiels;
  • 8 eine künstliche Herzbasis eines Ausführungsbeispiels;
  • 9 ein Adaptionsgerüst eines Ausführungsbeispiels;
  • 10 ein Septum eines Ausführungsbeispiels;
  • 11 eine Paddeleinheit eines Ausführungsbeispiels;
  • 12 eine Zusammenstellung des Herzsacks eines Ausführungsbeispiels mit der künstlichen Herzbasis;
  • 13 eine Abdeckung für den Herzsack eines Ausführungsbeispiels mit der Zusammenstellung;
  • 14 ein Getriebe eines Ausführungsbeispiels mit den Zahnrädern;
  • 15 eine Herzabdeckung eines Ausführungsbeispiels, der Servomotor, und derer Komponenten;
  • 16 A-C Zahnräder eines Ausführungsbeispiels und derer Mechanik;
  • 17 A-B ein Ausführungsbeispiel des gesamten künstlichen Herzens;
  • 18 ein Verfahren zur Montage des künstlichen Herzens;
  • 19 ein Verfahren zur Vorbereitung einer von einer Herzabdeckung umschlossenen Einheit; und
  • 20 ein zweites Ausführungsbeispiel mit einer Dichtscheibe.
Exemplary embodiments of the invention are described below with reference to the drawing. The drawings show:
  • 1 a 3D interior view of an embodiment of the artificial heart;
  • 2 a 3D interior view of the heart sac of an embodiment with the sliders;
  • 3 an angle adjustment system of an embodiment;
  • 4 an implantation site of an embodiment;
  • 5 a skeletal ring of one embodiment;
  • 6 a peripheral ring of an embodiment having the connector;
  • 7 a cardiac sac of one embodiment;
  • 8th an artificial heart base of one embodiment;
  • 9 an adaptation framework of an embodiment;
  • 10 a septum of one embodiment;
  • 11 a paddle unit of one embodiment;
  • 12 an assembly of the cardiac sac of an embodiment with the artificial heart base;
  • 13 a cardiac sac cover of an embodiment comprising the assembly;
  • 14 a transmission of an embodiment with the gears;
  • 15 a heart cover of one embodiment, the servomotor, and their components;
  • 16AC Gears of an embodiment and their mechanics;
  • 17 AB an embodiment of the entire artificial heart;
  • 18 a method of assembling the artificial heart;
  • 19 a method of preparing a cardiac cover enclosed assembly; and
  • 20 a second embodiment with a sealing washer.

1 und 2 zeigen eine dreidimensionale Darstellung der inneren und einiger äußeren Bestandteile eines Ausführungsbeispiels der Erfindung. Das erfindungsgemäße künstliche Herz enthält ein Winkelverstellsystem 1. Am Winkelverstellsystem 1 ist eine distale Manschette 2 über ein Kugelgelenk 134 angebracht. Diese distale Manschette 2 dient als Halterung für das künstliche Herz. Das künstliche Herz enthält weiter einen Servomotor 3. Über dem Servomotor 3 befindet sich eine Motorabdeckung 4. An den Servomotor 3 ist ein erstes Zahnrad 5 angeschlossen. Dieses erste Zahnrad 5 und ein zweites Zahnrad 6 bilden ein Getriebe 138 zum Übertragen der Rotationsbewegung des Servomotors 3 auf die Paddeleinheiten 7. 1 and 2 show a three-dimensional representation of the internal and some external components of an embodiment of the invention. The artificial heart according to the invention contains an angle adjustment system 1. A distal cuff 2 is attached to the angle adjustment system 1 via a ball joint 134. This distal cuff 2 serves as a mount for the artificial heart. The artificial heart further includes a servo motor 3. A motor cover 4 is located over the servo motor 3. To the servo motor 3 a first gear 5 is connected. This first gear 5 and a second gear 6 form a gear 138 for transmitting the rotational movement of the servo motor 3 to the paddle units 7.

Weitere Bestandteile des künstlichen Herzens sind eine linke Kammer 8 und eine rechte Kammer 9, die Bestandteil eines künstlichen Herzsacks (hier nicht gänzlich dargestellt) sind. Zwischen der linken Kammer 8 und der rechten Kammer 9 befindet sich ein Septum 11. Im Folgenden werden alle Komponenten detailliert beschrieben.Other components of the artificial heart are a left chamber 8 and a right chamber 9, which are part of an artificial heart sac (not shown in full here). A septum 11 is located between the left chamber 8 and the right chamber 9. All components are described in detail below.

3 zeigt ein proximales Winkelverstellsystem 1. Dieses Winkelverstellsystem 1 besteht aus einer Basis 12, einem Einstellarm 13 und einem Winkelgelenk 14. Die Basis 12 des Winkelverstellsystems 1 ist, wie auf 3 zu erkennen als Winkel ausgeführt. Der kurze Schenkel der Basis 12 endet in dem Winkelgelenk 14 und dient zur Befestigung des Einstellarms 13. 3 shows a proximal angle adjustment system 1. This angle adjustment system 1 consists of a base 12, an adjustment arm 13 and an angle joint 14. The base 12 of the angle adjustment system 1 is as shown in FIG 3 to be recognized as an angle. The short leg of the base 12 ends in the angle joint 14 and is used to attach the adjustment arm 13.

Der lange Schenkel der Basis 12 ist wannenförmig ausgeführt. Zur besseren Anpassung an anatomische Gegebenheiten ist die Basisfläche konkav ausgeführt. Im Wannengrund ist eine quer verlaufende Verzahnung 15 und ein längs verlaufendes Langloch 16, das sich nahezu über die gesamte Länge des langen Schenkels der Basis 12 erstrecken, vorgesehen. Das Langloch 16 dient zur Durchführung von Befestigungsschrauben. Mit Hilfe des Langlochs 16 ist ein exaktes Positionieren des Winkelverstellsystems 1 auch bei variablem Lochabstand der Befestigungspunkte möglich. In dem als Wanne ausgebildeten langen Schenkel der Basis 12 sind zwei verschiebbare Schraubenmuttern 17 gelagert. Die verschiebbaren Schraubenmuttern 17 sind mit einer Verzahnung ausgestattet, die passend zur quer verlaufenden Verzahnung 15 der Basis 12 ausgeführt ist. Durch die Verzahnung wird ein Formschluss bei festgezogenen Befestigungsschrauben erreicht, sodass sich auch bei niedrigen Anzugsmomenten der Befestigungsschrauben eine ausreichende Verschiebefestigkeit ergibt.The long leg of the base 12 is trough-shaped. The base surface is concave for better adaptation to anatomical conditions. In the tub base is a transverse toothing 15 and a longitudinal slot 16, which extend almost over the entire length of the long leg of the base 12, is provided. The elongated hole 16 is used to carry out fastening screws. With the help of the slot 16, an exact positioning of the angle adjustment system 1 is possible even with a variable hole spacing of the attachment points. In the long leg of the base 12 designed as a trough, two displaceable nuts 17 are mounted. The slidable nuts 17 are provided with teeth which are designed to match the transverse teeth 15 of the base 12 . The toothing achieves a form fit when the fastening screws are tightened, so that there is sufficient resistance to displacement even with low tightening torques of the fastening screws.

Das Winkelgelenk 14, das an dem kurzen Schenkel der Basis 12 des Winkelverstellsystems 1 angebracht ist, enthält ein Winkelgelenkgehäuse 18, das integraler Bestandteil des kurzen Schenkels der Basis 12 ist. An dem Winkelgelenkgehäuse 18 ist eine erste verzahnte Scheibe 19 mit einer mittigen Bohrung eingelegt und fixiert. Von der zur Innenseite der Basis 12 ausgerichteten Seite des Gehäuses 18 ist eine zweite verzahnte Scheibe 20, die eine Zahnscheibenachse 21 enthält, eingelegt. Diese zweite verzahnte Scheibe 20 ist so gestaltet, dass sie im Winkelgelenkgehäuse 18 beweglich ist. Die Verzahnungen der ersten verzahnten Scheibe 19 und der zweiten verzahnte Scheibe 20 sind so geformt, dass sie kraftschlüssig ineinandergreifen, wenn sie zusammengedrückt werden.The angle joint 14, which is attached to the short leg of the base 12 of the angle adjustment system 1, includes an angle joint housing 18 which is an integral part of the short leg of the base 12. On the angle joint housing 18, a first toothed disc 19 is inserted and fixed with a central bore. From the side of the housing 18 facing the inside of the base 12, a second toothed disc 20 containing a toothed disc axis 21 is inserted. This second toothed disc 20 is designed to be movable in the angle joint housing 18 . The serrations of the first serrated disc 19 and the second serrated disc 20 are shaped to positively engage each other when compressed.

Außerdem ist in das Winkelgelenkgehäuse 18 eine Feder 22 eingelegt, die die erste verzahnte Scheibe 19 gegen die zweite verzahnte Scheibe 20 mit einer definierten Kraft drückt. Das Winkelgelenkgehäuse 18 ist mit einem Deckel 23 so verschlossen, dass die Feder 22 vorgespannt ist. Die aus dem Winkelgelenkgehäuse 18 herausragende Zahnscheibenachse 21 ist im Ausführungsbeispiel an ihrem Ende mit einem Vierkantflansch 24 versehen. Der Vierkantflansch 24 dient zur verdrehfesten Aufnahme des Einstellarms 13.In addition, a spring 22 is inserted into the angle joint housing 18, which presses the first toothed disk 19 against the second toothed disk 20 with a defined force. The angle joint housing 18 is closed with a cover 23 in such a way that the spring 22 is prestressed. In the exemplary embodiment, the toothed disc axis 21 protruding from the angle joint housing 18 is provided with a square flange 24 at its end. The square flange 24 is used to hold the adjustment arm 13 in a torsion-proof manner.

Der Einstellarm 13 enthält an seinem ersten Ende eine Bohrung zur Aufnahme einer Winkelgelenks-Befestigungsschraube 25. Diese Bohrung ist weiter mit einem Vierkant ausgestattet, der zur Aufnahme des Vierkantflansch 24 der aus dem Winkelgelenkgehäuse 18 herausragenden Zahnscheibenachse 21 ausgelegt ist. An seinem zweiten Ende enthält der Einstellarm 13 einen Zahnstangenantrieb 26. Dieser Zahnstangenantrieb 26 besteht aus einem Zahnrad des Zahnstangenantriebs 27 mit einer Zahnradachse 28 und einem Sicherungselement 29. Zum Verdrehen enthält die Zahnradachse 28 des Zahnrads des Zahnstangenantriebs 27 eine dreieckige Ausnehmung 30.The adjustment arm 13 includes at its first end a bore for receiving an angle joint fastening screw 25. This bore is further equipped with a square which is designed to receive the square flange 24 of the toothed disc axle 21 protruding from the angle joint housing 18. At its second end, the adjustment arm 13 contains a rack and pinion drive 26. This rack and pinion drive 26 consists of a gear of the rack and pinion drive 27 with a gear wheel axis 28 and a securing element 29. The gear wheel axis 28 of the gear of the rack and pinion drive 27 contains a triangular recess 30 for turning.

Durch das Verdrehen des Zahnrads des Zahnstangenantriebs 27 wird eine hier nicht dargestellte Zahnstange 31 ein- oder ausgefahren. Ist die gewünschte Position erreicht, lässt sich die Zahnstange 31 (hier nicht dargestellt) durch axiales Einschieben des Sicherungselements 29 arretieren. Gleichzeitig wird das Zahnrad des Zahnstangenantriebs 27 axial so verschoben, dass es nicht mehr in die Zahnstange 31 (hier nicht dargestellt) eingreift. Zum Lösen der Arretierung drückt man das axial verschobene Zahnrad des Zahnstangenantriebs 27 in seine Ausgangsposition und schiebt damit das Sicherungselement 29 ebenfalls in seine Grundposition. So löst sich das Sicherungselement 29 von der Zahnstange 31 (hier nicht dargestellt) und gibt deren Bewegung wieder frei.By rotating the gear wheel of the rack and pinion drive 27, a rack 31, not shown here, is moved in or out. Once the desired position has been reached, the toothed rack 31 (not shown here) can be locked by axially pushing in the securing element 29 . At the same time, the gearwheel of the rack and pinion drive 27 is shifted axially in such a way that it no longer engages in the rack 31 (not shown here). To release the lock, the axially displaced gear wheel of the rack and pinion drive 27 is pressed into its starting position and the securing element 29 is thus likewise pushed into its basic position. In this way, the securing element 29 is released from the toothed rack 31 (not shown here) and enables its movement again.

Die 4 zeigt einen Schnitt durch das menschliche Herz in einer Ebene, die einer Implantationsebene 32 für das künstliche Herz entspricht. Die Implantationsebene 32 ist der Bereich des menschlichen Herzens, in dem die Herzkammern des natürlichen Herzens abgetrennt werden. Die dargestellte Implantationsebene 32 zeigt eine Öffnung zum linken Vorhof 33, eine Öffnung zur Aorta 34, eine Öffnung zum rechten Vorhof 35 und eine Öffnung zum Truncus pulmonalis 36.the 4 shows a section through the human heart in a plane that corresponds to an implantation plane 32 for the artificial heart. The implant plane 32 is the area of the human heart where the heart chambers of the natural heart are severed. The implantation level 32 shown shows an opening to the left atrium 33, an opening to the aorta 34, an opening to the right atrium 35 and an opening to the pulmonary trunk 36.

5 zeigt einen Skelettring 37. Der Skelettring 37 ist die Schnittstelle des künstlichen Herzens zu den relevanten kardialen Strukturen. Er wird im Bereich der Implantationsebene 32 mit der verbleibenden Struktur des natürlichen Herzens verbunden. Der Skelettring 37 ist mit einer Verbindungsmuffe für den linken Vorhof 38, einer Verbindungsmuffe für den Aorteneingang 39, einer Verbindungsmuffe für den rechten Vorhof 40 und einer Verbindungsmuffe für den Truncus pulmonalis 41 versehen. 5 12 shows a skeletal ring 37. The skeletal ring 37 is the interface of the artificial heart to the relevant cardiac structures. It is connected to the remaining structure of the natural heart in the area of the implantation level 32 . The skeletal ring 37 is provided with a left atrial connector sleeve 38 , an aortic inlet connector sleeve 39 , a right atrial connector sleeve 40 and a pulmonary trunk connector sleeve 41 .

Die Verbindungsmuffen sind röhrenförmige Strukturen, die senkrecht zur Montageebene des Skelettrings 37 angeformt sind. Die oben genannten Verbindungsmuffen sind mit einer Abschlussmuffe 42 umschlossen. Die Abschlussmuffe 42 ist ebenfalls senkrecht zur Montageebene des Skelettrings 37 angeformt. Der Skelettring 37 enthält außerdem Skelettring-Befestigungslöcher 43, die mit Metallringen gestützt sind. Der Skelettring 37 besteht aus Kunststoff, vorzugsweise einem Polytetraflourethylen PTFE oder einem mit einem Kollagen beschichteten Polyester. Es kommen auch andere physiologisch geeignete Materiealien in Frage.The connecting sleeves are tubular structures molded perpendicular to the plane of assembly of the skeletal ring 37 . A termination sleeve 42 encloses the connecting sleeves mentioned above. The end sleeve 42 is also formed perpendicularly to the mounting plane of the skeleton ring 37 . The skeleton ring 37 also includes skeleton ring mounting holes 43 supported with metal rings. The skeletal ring 37 consists of plastic, preferably a polytetrafluoroethylene PTFE or a collagen-coated polyester. Other physiologically suitable materials can also be used.

6 zeigt einen Umfangsring 44 und einen Konnektor 45. Der Umfangsring 44 ist eine elliptische Scheibe mit einer inneren Ausnehmung 46. Die Außenkontur des Umfangrings 44 entspricht der Außenkontur des Skelettrings 37. Die innere Ausnehmung entspricht der Form der Abschlussmuffe 42 des Skelettrings 37. Zur Durchführung von Befestigungselementen sind Umfangringbefestigungslöcher 47 vorgesehen. Der Umfangsring 44 ist aus Metall, vorzugsweise aus einem medizinischen Edelstahl, gefertigt. Alternativ kann er auch aus PTFE in Verbindung mit einem Kohlenstofffaser-verstärken Kunststoff gefertigt sein. 6 shows a peripheral ring 44 and a connector 45. The peripheral ring 44 is an elliptical disc with an inner recess 46. The outer contour of the peripheral ring 44 corresponds to the outer contour of the skeletal ring 37. The inner recess corresponds to the shape of the end sleeve 42 of the skeletal ring 37. To carry out Circumferential ring mounting holes 47 are provided for fasteners. The peripheral ring 44 is made of metal, preferably made of medical grade stainless steel. Alternatively, it can also be made of PTFE in conjunction with a carbon fiber reinforced plastic.

Der Konnektor 45 besteht aus einem zylinderförmigen Rohr. Die dem verbleibenden natürlichen Herzen zugewandte Öffnung des Rohrs ist axial in Richtung Rohrmitte erweitert. Dadurch wird erreicht, dass Umfangsring 44 und Skelettring auch im radialen Bereich teilweise abgedeckt werden. Im Bereich der Verbindungselemente sind Wölbungen im Konnektor 48 vorgesehen, die so ausgelegt sind, dass darin die Verbindungselemente Platz finden, ohne den Konnektor 47 zur verformen. Das dem künstlichen Herzen zugewandte Rohrende ist ebenfalls axial in Richtung Rohrmitte erweitert. Der Konnektor 47 ist so bemessen, dass er den Umfangsring 44 und den Skelettring 37 peripher umfasst. Der Konnektor 47 besteht aus einem robustem aber relativ elastischen Kunststoff. So wird der Umfangring 44 und der Skelettring 37 in einer Einheit zusammengehalten.The connector 45 consists of a cylindrical tube. The opening of the tube facing the remaining natural heart is widened axially towards the middle of the tube. This ensures that the peripheral ring 44 and the skeleton ring are also partially covered in the radial area. Bulges are provided in the connector 48 in the area of the connecting elements, which are designed in such a way that the connecting elements can be accommodated therein without deforming the connector 47 . The end of the tube facing the artificial heart is also widened axially towards the middle of the tube. The connector 47 is sized to encompass the peripheral ring 44 and the skeletal ring 37 peripherally. The connector 47 consists of a robust but relatively elastic plastic. Thus, the peripheral ring 44 and the skeletal ring 37 are held together as a unit.

7 zeigt den Herzsack 10 des Ausführungsbeispiels des künstlichen Herzens. Er enthält in diesem Beispiel eine linke Kammer 8 und eine rechte Kammer 9. Sie stellen die sogenannten „Inferior Parts“ dar, die die zwei Ventrikel ersetzen. Der Querschnitt jeder der beiden Kammern ist nahezu halbkreisförmig geformt, wie in Schnitt B-B deutlich zu erkennen ist. Jede der beiden Kammern 8, 9 ist senkrecht zur Schnittebene B-B betrachtet in Form eines geviertelten Ellipsoids gestaltet. Zur Mitte hin ist die linke Kammer 8 durch eine erste ebene Fläche 49 der linken Kammer 8 und eine zweite ebene Fläche 50 der linken Kammer 8 abgeschlossen. 7 12 shows the cardiac sac 10 of the embodiment of the artificial heart. In this example, it contains a left chamber 8 and a right chamber 9. They represent the so-called "inferior parts" that replace the two ventricles. The cross-section of each of the two chambers is almost semi-circular in shape, as can be clearly seen in section BB. Each of the two chambers 8, 9 is designed in the form of a quartered ellipsoid viewed perpendicularly to the section plane BB. The left chamber 8 is closed towards the middle by a first flat surface 49 of the left chamber 8 and a second flat surface 50 of the left chamber 8 .

Die rechte Kammer 9 ist spiegel-symmetrisch gestaltet. Die rechte Kammer 9 ist durch eine erste ebene Fläche 51 der rechten Kammer 9 und eine zweite ebene Fläche 52 der rechten Kammer 9 abgeschlossen. Dabei ist der Abstand zwischen der ersten ebenen Fläche 49 der linken Kammer 8 und der ersten ebenen Fläche 52 der rechten Kammer 9 kleiner als der Abstand zwischen der zweiten ebenen Fläche 50 der linken Kammer 8 und der zweiten ebenen Fläche 52 der rechten Kammer 9. Der Abstand zwischen der ersten ebenen Fläche 49 der linken Kammer 8 und der ersten ebenen Fläche 51 der rechten Kammer 9 ist so gestaltet, dass das Septum 11 dazwischen Platz findet. Der Abstand zwischen der zweiten ebenen Fläche 50 der linken Kammer 8 und der zweiten ebenen Fläche 52 der rechten Kammer 9 ist so gestaltet, dass darin die Paddeleinheit 7 Platz findet.The right chamber 9 has a mirror-symmetrical design. The right chamber 9 is closed off by a first flat surface 51 of the right chamber 9 and a second flat surface 52 of the right chamber 9 . The distance between the first flat surface 49 of the left chamber 8 and the first flat surface 52 of the right chamber 9 is smaller than the distance between the second flat surface 50 of the left chamber 8 and the second flat surface 52 of the right chamber 9. The Distance between the first flat surface 49 of the left ventricle 8 and the first flat surface 51 of the right ventricle 9 is designed so that the septum 11 can be accommodated therebetween. The distance between the second flat surface 50 of the left chamber 8 and the second flat surface 52 of the right chamber 9 is designed in such a way that the paddle unit 7 can be accommodated therein.

Die gewölbten Außenflächen der linken Kammer 8 und der rechten Kammer 9 weisen Lamellenstrukturen 54 auf. Diese Lamellenstrukturen 54 sind so gestaltet, dass sie die Beweglichkeit des Herzsacks 10 deutlich verbessern. Alternativ können die Lamellenstrukturen 54 auch als gestreckte Faltenstruktur ausgeführt sein. Die Lamellenstruktur oder die Faltenstruktur wirkt ähnlich dem Balg eines Akkordeons. Zur weiteren Reduzierung der Betätigungskraft des Herzsacks 10 sind optional in den Wandungen der linken Kammer 8 und der rechten Kammer 9 Rillenstrukturen 55 angebracht. Durch die Materialverjüngung in den Rillenstrukturen 55 wird die Kraft zum Bewegen der linken Kammer 8 und der rechten Kammer 9 deutlich reduziert.The curved outer surfaces of the left chamber 8 and the right chamber 9 have lamellar structures 54 . These lamellar structures 54 are designed in such a way that they significantly improve the mobility of the heart sac 10 . Alternatively, the lamella structures 54 can also be designed as a stretched fold structure. The lamella structure or the fold structure acts similar to the bellows of an accordion. To further reduce the actuation force of the heart sac 10, groove structures 55 are optionally fitted in the walls of the left ventricle 8 and the right ventricle 9. Due to the tapering of the material in the groove structures 55, the force for moving the left-hand chamber 8 and the right-hand chamber 9 is significantly reduced.

Der obere Teil des Herzsacks 10, der einem Adaptionsgerüst 56 zugewandt ist, besteht aus einer Flanschfläche 57 einem peripheren Rand 58 und Kammern 59. Die Flanschfläche 57 weist Eintrittsöffnungen des Herzsacks 60 und Austrittsöffnungen des Herzsacks 75 für den Durchfluss des zu transportierenden Blutes auf. Diese Eintrittsöffnungen des Herzsacks 60 und Austrittsöffnungen des Herzsacks 75 sind so gestaltet, dass sie mit den Öffnungen des Adaptionsgerüsts 56 korrespondieren. Die Flanschfläche 57 weist zusätzlich Befestigungslöcher des Herzsacks 61 auf. Der periphere Rand 58 entspricht in seinen Außenwandungen den Herzsäcken 8 und 9, wobei jedoch die Lamellenstruktur 54 bzw. die langgestreckte Faltenstruktur nicht mit angeformt ist.The upper part of the heart sac 10, which faces an adaptation framework 56, consists of a flange surface 57, a peripheral edge 58 and chambers 59. The flange surface 57 has inlet openings of the heart sac 60 and outlet openings of the heart sac 75 for the flow of the blood to be transported. These inlet openings of the heart sac 60 and outlet openings of the heart sac 75 are designed in such a way that they correspond to the openings of the adaptation framework 56 . The flange surface 57 also has attachment holes for the heart sac 61 . The outer walls of the peripheral edge 58 correspond to the cardiac sacs 8 and 9, but the lamellar structure 54 or the elongated fold structure is not formed at the same time.

Die erste ebene Fläche der linken Kammer 49 und die erste ebene Fläche der rechten Kammer 51 sind in dem peripheren Rand 58 bis zur Flanschfläche 57 weitergeführt. Die im peripheren Rand 58 weitergeführte zweite ebene Fläche der linken Kammer 50 und die zweite ebene Fläche der rechten Kammer 52 sind in diesem Bereich des peripheren Randes 58 winklig versetzt. Die dadurch entstehende Schieberkammern 59 dienen zur Aufnahme von Schiebern 62. Mittig zwischen den ebenen Flächen 49, 50, 51, 52 sind kreissegmentförmige Strukturen 63, 64 angeordnet, die geeignet sind, eine Achsaufnahme 65 der Paddeleinheit 7 aufzunehmen.The first flat surface of the left chamber 49 and the first flat surface of the right chamber 51 are continued in the peripheral edge 58 up to the flange surface 57 . The second planar surface of the left ventricle 50 continued in the peripheral rim 58 and the second planar surface of the right ventricle 52 are angularly offset in this area of the peripheral rim 58 . The resulting slide chambers 59 serve to accommodate slides 62 . Structures 63 , 64 in the shape of segments of a circle are arranged centrally between the flat surfaces 49 , 50 , 51 , 52 and are suitable for receiving an axle receptacle 65 of the paddle unit 7 .

Der Herzsack 10 ist aus einem dehnbaren und robusten Kunststoff gefertigt. Der Herzsack 10 besteht aus hypoallergenen Polysiloxan mit einer Shore-A Härte von 10 Shore bis 20 Shore oder einem Polyester. Geeignet für den Herzsack ist auch ein medizinisch unbedenkliches Polyurethan, mit einer Shore-A Härte von 10 Shore bis 20 Shore. Beide Elastomere erfüllen die Anforderungen an Haltbarkeit und Zuverlässigkeit, die für ein künstliches Herz notwendig sind.The heart sac 10 is made of a stretchable and robust plastic. The heart sack 10 consists of hypoallergenic polysiloxane with a Shore A hardness of 10 Shore to 20 Shore or a polyester. A medically harmless polyurethane with a Shore-A hardness of 10 Shore to 20 Shore is also suitable for the heart sac. Both elastomers meet the durability and reliability requirements necessary for an artificial heart.

8 zeigt eine künstliche Herzbasis 66. Die künstliche Herzbasis 66 besteht aus einem Ring mit einem mittigen Steg 67, 74. Dabei ist die Ringform mit dem mittigen Steg 67, 74 so ausgelegt, dass die linke Kammer 8 und die rechte Kammer 9 des Herzsacks 10 durch die künstliche Herzbasis 66 durchreichen. Eine erste Oberfläche der Herzbasis 68 ist bevorzugt plan ausgeführt. Aus dieser ersten Oberfläche 68 ragen Befestigungsbolzen 69 senkrecht heraus. Die erste Oberfläche der Herzbasis 68 ist passend zur Flanschfläche 57 und den Befestigungslöchern des Herzsacks 61 geformt. Auf der gegenüberliegenden Seite der ersten Oberfläche 68 der künstlichen Herzbasis 66 sind Strukturen angebracht, die geeignet sind, das Septum 11, zwei Kugellager 70, eine Herzsackabdeckung 71 und die Herzabdeckung 72 aufzunehmen. 8th shows an artificial heart base 66. The artificial heart base 66 consists of a ring with a central web 67, 74. The ring shape with the central web 67, 74 is designed in such a way that the left ventricle 8 and the right ventricle 9 of the cardiac sac 10 pass through pass through the artificial heart base 66. A first surface of heart base 68 is preferably planar. Fastening bolts 69 protrude perpendicularly from this first surface 68 . The first surface of the heart base 68 is shaped to match the flange surface 57 and the heart sac 61 attachment holes. Structures suitable for receiving the septum 11, two ball bearings 70, a cardiac sac cover 71 and the heart cover 72 are attached to the opposite side of the first surface 68 of the artificial heart base 66 .

Zur Aufnahme der Kugellager 70 sind mittig zwei zylinderförmige Halterungen 73 mit Bohrungen, die dem Durchmesser der Kugellager 70 entsprechen, vorgesehen. Diese Kugellager 70 dienen zur reibungsarmen drehbaren Lagerung eines jeden Lagerzapfens 77 der Paddeleinheit 7.To accommodate the ball bearings 70, two cylindrical holders 73 with bores that correspond to the diameter of the ball bearings 70 are provided in the middle. These ball bearings 70 are used for the low-friction rotatable mounting of each bearing pin 77 of the paddle unit 7.

Radial in einer ersten Hälfte des mittigen Stegs 67 ist eine Aufnahme für das Septum 11, die aus einer Schwalbenschwanzförmige Nut 78 besteht, vorgesehen. In diese schwalbenschwanzförmige Nut 78 wird das Septum 11 an seiner schwalbenschwanzförmigen Feder 79 eingeschoben. Außerdem stützt die erste Hälfte des mittigen Stegs 67 die zylinderförmigen Halterungen 73 der Kugellager 70.Radially in a first half of the central web 67 is a receptacle for the septum 11, which consists of a dovetail-shaped groove 78 exists, provided. The dovetail-shaped spring 79 of the septum 11 is pushed into this dovetail-shaped groove 78 . In addition, the first half of the central web 67 supports the cylindrical supports 73 of the ball bearings 70.

Die zweite Hälfte des Mittigen Stegs 74 dienen zum Stützen der beiden mittig angeordneten zylinderförmigen Halterungen 73 zur Aufnahme der Kugellager 70. Eine ringförmige Nut 80, die in axialer Richtung der künstlichen Herzbasis 66 geöffnet ist, bildet die Aufnahmestruktur für die Abdeckung des Herzsacks 71. In diese ringförmige Nut 80 wird die Abdeckung für den Herzsack 71 durch axiales Aufstecken montiert.In This ring-shaped groove 80 is fitted with the cover for the heart sac 71 by pushing it on axially.

Zur Aufnahme der Herzabdeckung 82 ist eine zweite Oberfläche der künstlichen Herzbasis 83 vorgesehen, die bis zu einer radialen Wandung zur Aufnahme der Herzabdeckung 84 reicht. Diese radiale Wandung zur Aufnahme der Herzabdeckung 84 ist so geformt, dass sie der Form der Innenwandung der Herzabdeckung 82 entspricht. So kann die Herzabdeckung 82 aufgeschoben werden. Die Abmessungen der radialen Wandung zur Aufnahme der Herzabdeckung 84 ist so bemessen, dass die Herzabdeckung 72 eine formschlüssige Verbindung eingeht. Die künstliche Herzbasis 66 besteht aus einem faserverstärkten Polyamid, einem faserverstärkten Polycarbonat oder einer medizinisch unbedenklichen Metalllegierung.A second surface of the artificial heart base 83 is provided for receiving the heart cover 82 and extends to a radial wall for receiving the heart cover 84 . This radial wall for receiving the heart cover 84 is shaped to match the shape of the inner wall of the heart cover 82 . In this way, the heart cover 82 can be slid open. The dimensions of the radial wall for receiving the heart cover 84 are dimensioned such that the heart cover 72 forms a positive connection. The artificial heart base 66 consists of a fiber-reinforced polyamide, a fiber-reinforced polycarbonate or a medically safe metal alloy.

Die 9 zeigt ein Adaptionsgerüst 56. Das Adaptionsgerüst 56 ist so ausgelegt, dass die Strukturen der Gefäße in der Implantationsebene 32 an die Eintrittsöffnungen des Herzsacks 60 und Austrittsöffnungen des Herzsacks 75 adaptiert werden. Bei den vier Öffnungen handelt es sich um Öffnungen für den linken Vorhof 85, den Aorteneingang 86, den rechten Vorhof 87 und den Eingang des Truncus pulmonalis 88. Eine erste Ebene des Adaptionsgerüsts 89 weist Öffnungen 85, 86, 87, 88 auf, die genau den zugehörigen Öffnungen der Implantationsebene 32 entsprechen. Eine zweite Ebene des Adaptionsgerüsts 90 hat Öffnungen 85, 86, 87, 88, die in Form und Position so angepasst sind, dass sie den Öffnungen des künstlichen Herzsacks 60, 75 entsprechen. Eine strömungsgünstige glatte Oberfläche der Öffnungen 85, 86, 87, 88 verhindern eine Thrombenbildung.the 9 shows an adaptation framework 56. The adaptation framework 56 is designed in such a way that the structures of the vessels in the implantation plane 32 are adapted to the entry openings of the heart sac 60 and exit openings of the heart sac 75. The four openings are openings for the left atrium 85, the aortic inlet 86, the right atrium 87 and the inlet of the pulmonary trunk 88. A first level of the adaptation framework 89 has openings 85, 86, 87, 88 that are exactly correspond to the associated openings of the implantation plane 32. A second level of the adaptation framework 90 has openings 85, 86, 87, 88 which are adapted in shape and position so that they correspond to the openings of the artificial heart sac 60,75. A streamlined smooth surface of the openings 85, 86, 87, 88 prevent thrombus formation.

Das Adaptionsgerüst 86 enthält Befestigungslöcher des Adaptionsgerüsts 91, die so positioniert sind, dass die Befestigungsbolzen 69 der künstlichen Herzbasis 66 hindurchreichen. Das Material des Adaptionsgerüsts 86 ist ebenso wichtig bei der Vermeidung einer Thrombenbildung. Aus diesem Grund besteht das Adaptionsgerüst 86 bevorzugt aus einem Polytetrafluorethan PTFE, das mit Kohlenstofffaser verstärkt ist.Adaptation framework 86 includes adaptation framework 91 attachment holes positioned so that attachment bolts 69 of artificial heart base 66 pass through. The material of the adaptation scaffold 86 is also important in preventing thrombus formation. For this reason, the adaptation framework 86 preferably consists of a polytetrafluoroethane PTFE that is reinforced with carbon fibers.

10 zeigt das künstliche Septum 11. Es hat die exakte Flächenform der ersten ebenen Flächen der Kammern 49, 50 des Herzsacks 10. Das künstliche Septum 11 enthält eine schwalbenschwanzförmige Feder 79, die so dimensioniert ist, dass sie in die als schwalbenschwanzförmige Nut geformte Aufnahme für das Septum 78 der künstlichen Herzbasis 66 eingeschoben werden kann. Das künstliche Septum 11 hat weiter einen zentralen Stab 92. Der zentrale Stab 92 ist dazu ausgelegt, die Abdeckung für den Herzsack 71 in Richtung der dafür vorgesehenen ringförmigen Nut 80 der künstlichen Herzbasis 66 zu fixieren. Hierzu wird eine Mutter 93 auf den zentralen Stab aufgeschraubt. Das künstliche Septum 11 besteht aus einem faserverstärkten Polyamid, einem faserverstärkten Polycarbonat oder einer medizinisch unbedenklichen Metalllegierung. 10 shows the artificial septum 11. It has the exact surface shape of the first flat surfaces of the chambers 49, 50 of the heart sac 10. The artificial septum 11 contains a dovetail-shaped spring 79, which is dimensioned so that it fits into the shaped as a dovetail-shaped groove for the Septum 78 of the artificial heart base 66 can be inserted. The artificial septum 11 further has a central rod 92. The central rod 92 is designed to fix the cardiac sac cover 71 in the direction of the annular groove 80 of the artificial heart base 66 provided for this purpose. To do this, a nut 93 is screwed onto the central rod. The artificial septum 11 consists of a fiber-reinforced polyamide, a fiber-reinforced polycarbonate or a medically safe metal alloy.

In 11 ist eine Paddeleinheit 7 im Detail dargestellt. Die Paddeleinheit 7 enthält zwei Drehachsen 76, 94, zwei Paddel 53 und zwei Schieber 62. Die Drehachsen 76, 94 sind zylinderförmige Stäbe, wobei jede Drehachse 76, 94 an einem ersten Ende einen teilweise abgeflachten Abschnitt der Drehachse 95 aufweist. Ein zweites Ende der Drehachsen 76, 94 enthält ein Gewinde der Drehachse 96, 97. Die Drehachsen 76, 94 bestehen aus einer medizinisch unbedenklichen Stahllegierung.In 11 a paddle unit 7 is shown in detail. The paddle assembly 7 includes two pivots 76, 94, two paddles 53 and two sliders 62. The pivots 76, 94 are cylindrical rods, each pivot 76, 94 having a partially flattened portion of pivot 95 at a first end. A second end of the pivots 76, 94 includes a thread of the pivots 96, 97. The pivots 76, 94 are made of medical grade steel alloy.

Die Paddel 53 sind flächig ausgeführt und haben jeweils die exakte Flächenform der zweiten ebenen Flächen der Kammern 50, 52 des Herzsacks 10. An die Paddel 53 sind zylinderförmige Achsaufnahmen 65 angeformt. Die zylinderförmigen Achsaufnahmen 65 enthalten an einem ersten Ende, das der künstlichen Herzbasis 66 zugewandt ist, eine Aufnahme für den abgeflachten Abschnitt der Drehachse 98. Somit kann über den abgeflachten Abschnitt der Drehachse 95 eine Drehkraft auf das Paddel 53 übertragen werden. In diesem Abschnitt ist auch der Lagerzapfen 77 zur Aufnahme eines Kugellagers vorgesehen. An dem zweiten Ende der zylinderförmigen Achsaufnahme 65 sind hexagonförmige Abflachungen 99 angebracht.The paddles 53 are flat and each have the exact surface shape of the second flat surfaces of the chambers 50, 52 of the heart sac 10. The paddles 53 have cylindrical axle mounts 65 formed thereon. At a first end, which faces the artificial heart base 66, the cylindrical axle receptacles 65 contain a receptacle for the flattened section of the pivot axis 98. A rotational force can thus be transmitted to the paddle 53 via the flattened section of the pivot axis 95. The bearing pin 77 for receiving a ball bearing is also provided in this section. Hexagonal flattened areas 99 are attached to the second end of the cylindrical axle mount 65 .

Die Paddel 53 und die Achsaufnahme 65 bestehen aus einem faserverstärkten Polyamid, einem faserverstärkten Polycarbonat oder einer medizinisch unbedenklichen Metalllegierung. Die Schieber 62 sind rechtwinklig zu den Paddeln 53 angeordnet. Sie bestehen aus einer tortenstückförmigen Fläche 100, die an drei Seiten mit weiteren senkrecht zu dieser tortenstückförmigen Fläche 100 angeordneten Wandflächen 101 abgeschlossen ist. Der Schieber 62 ist so dimensioniert, dass er in der Schieberkammer 59 des Herzsacks 10 Platz findet. In einer Paddeleinheit 7 sind die Schieber 62 spiegelsymmetrisch angeordnet.The paddles 53 and the axle mount 65 consist of a fiber-reinforced polyamide, a fiber-reinforced polycarbonate or a medically safe metal alloy. The slides 62 are arranged at right angles to the paddles 53 . They consist of a pie-shaped surface 100 which is closed on three sides by further wall surfaces 101 arranged perpendicularly to this pie-shaped surface 100 . The slider 62 is dimensioned so that it can be accommodated in the slider chamber 59 of the heart sac 10 . In a paddle unit 7, the slides 62 are arranged mirror-symmetrically.

Die Schieber 62 bestehen bevorzugt aus einem faserverstärkten Polyamid, einem faserverstärkten Polycarbonat oder einer medizinisch unbedenklichen Metalllegierung. Die Paddel 53, die Schieber 62 und die Achsaufnahme 65 können als ein einstückiges Teil in Form der Paddeleinheit 7 ausgeführt sein.The slides 62 are preferably made of a fiber-reinforced polyamide, a fiber-reinforced polycarbonate or a medically safe metal alloy. The paddles 53, the sliders 62 and the axle mount 65 can be designed as a one-piece part in the form of the paddle unit 7.

12 zeigt ein teilmontiertes erfindungsgemäßes künstliches Herz. Der Herzsack 10 ist in die künstliche Herzbasis 66 eingelegt. Die künstliche Herzbasis 66 mit dem eingelegten Herzsack 10 ist von dem ringförmigen Konnektor 45 umschlossen. Des Weiteren ist der Skelettring 37 ebenfalls von dem ringförmigen Konnektor 45 umschlossen. Das Septum 11 ist, wie in 12 deutlich zu erkennen ist, zwischen der linken Kammer 8 und der rechten Kammer 9 des Herzsacks 10 angeordnet. In Kontakt mit der zweiten ebenen Fläche der linken Kammer 50 ist ein erstes Paddel 53 der Paddeleinheit 7 angeordnet. Ein weiteres Paddel 53 der Paddeleinheit 7 ist in Kontakt mit der zweiten ebenen Fläche der rechten Kammer 52 angeordnet. 12 shows a partially assembled artificial heart according to the invention. The heart sac 10 is placed in the artificial heart base 66 . The artificial heart base 66 with the heart sac 10 inserted is surrounded by the ring-shaped connector 45 . Furthermore, the skeletal ring 37 is also surrounded by the ring-shaped connector 45 . The septum 11 is, as in 12 is clearly visible, arranged between the left ventricle 8 and the right ventricle 9 of the heart sac 10 . In contact with the second flat surface of the left chamber 50, a first paddle 53 of the paddle unit 7 is arranged. Another paddle 53 of the paddle unit 7 is placed in contact with the second flat surface of the right ventricle 52 .

In der Schnittdarstellung der 12 sind weitere Details gezeigt. In dieser Schnittdarstellung ist der Herzsack 10 mit insbesondere seiner Flanschfläche 57 zu erkennen. Durch die Öffnungen in der Flanschfläche 57 des Herzsacks 10 sind die Öffnungen des Adaptionsgerüsts 56, auf dem der Herzsack 10 positioniert ist, zu erkennen. Zum Fixieren und Stabilisieren des Herzsacks 10 ist die künstliche Herzbasis 66 eingelegt und über den Konnektor 45 darauf gehalten. Die Wandflächen des Schiebers 101 sind so angeordnet, dass sie an den Wandflächen der Schieberkammern 59 des Herzsacks 10 anliegen.In the sectional view of the 12 further details are shown. In this sectional view, the heart sac 10 can be seen with its flange surface 57 in particular. The openings in the adaptation framework 56 on which the heart sac 10 is positioned can be seen through the openings in the flange surface 57 of the heart sac 10 . In order to fix and stabilize the heart sac 10, the artificial heart base 66 is inserted and held on it via the connector 45. The wall surfaces of the slider 101 are arranged so that they rest against the wall surfaces of the slider chambers 59 of the cardiac sac 10 .

13 zeigt das bereits aus 12 bekannte teilmontierte künstliche Herz mit einer zusätzlich montierten Herzsackabdeckung 71. Die Form der Herzsackabdeckung 71 entspricht der Außenform des Herzsacks 10, wobei zwischen der Herzsackabdeckung 71 und Herzsack 10 ein Freiraum 102 enthalten ist. Dieser Freiraum 102 ist vorgesehen, um ein optimales Arbeiten des Herzsacks 10 sicherzustellen. Mit diesem Freiraum 102 hat der Herzsack 10 die Möglichkeit während einer Kompressionsphase auszuweichen. 13 already shows that 12 known partially assembled artificial heart with an additionally assembled heart sac cover 71. The shape of the heart sac cover 71 corresponds to the outer shape of the heart sac 10, with a free space 102 being contained between the heart sac cover 71 and the heart sac 10. This clearance 102 is provided to ensure optimal functioning of the cardiac sac 10. With this free space 102, the heart sac 10 has the opportunity to give way during a compression phase.

Die Herzsackabdeckung 71 enthält eine flache Ebene 103 mit drei Bohrungen der Herzsackabdeckung 104, 105, 106. Die erste Bohrung der Herzsackabdeckung 104 enthält ein Kugellager der Herzsackabdeckung 107 und die zweite Bohrung der Herzsackabdeckung 105 enthält ein weiteres Kugellager der Herzsackabdeckung 108. In diesen Kugellagern der Herzsackabdeckung 107, 108 sind die Achsaufnahmen 65 der Paddeleinheiten 7 gelagert. Die dritte Bohrung der Herzsackabdeckung 106 ist mittig zwischen der ersten Bohrung der Herzsackabdeckung 104 und der zweiten Bohrung der Herzsackabdeckung 105 angeordnet. Durch diese dritte Bohrung der Herzsackabdeckung 106 reicht der zentrale Stab 92 des Septums 11.The cardiac sac cover 71 contains a flat plane 103 with three cardiac sac cover bores 104, 105, 106. The first cardiac sac cover bore 104 contains a cardiac sac cover ball bearing 107 and the second cardiac sac cover bore 105 contains another cardiac sac cover ball bearing 108. In these ball bearings the Cardiac sac cover 107, 108, the axle mounts 65 of the paddle units 7 are mounted. The third bore of the heart sac cover 106 is arranged centrally between the first bore of the heart sac cover 104 and the second bore of the heart sac cover 105 . The central rod 92 of the septum 11 extends through this third hole in the heart sac cover 106.

Auf den zentralen Stab 92 des Septums 11 ist eine Mutter 93 aufgeschraubt. Durch diese Mutter 93 wird die Abdeckung für den Herzsack 71 über das Septum 11 gegen die künstliche Herzbasis 66 verspannt. In der Schnittdarstellung ist weiter deutlich zu erkennen, wie die Abdeckung für den Herzsack 71 in der ringförmigen Nut 80 der künstlichen Herzbasis 66 gehalten ist. Dabei ist der Rand der Abdeckung für den Herzsack 81 vorzugsweise so geformt, dass er passgenau in der ringförmigen Nut 80 eingeschoben werden kann.A nut 93 is screwed onto the central post 92 of the septum 11 . This nut 93 clamps the cover for the heart sac 71 against the artificial heart base 66 via the septum 11 . The sectional view also clearly shows how the cover for the heart sac 71 is held in the annular groove 80 of the artificial heart base 66 . The edge of the cover for the heart sac 81 is preferably shaped in such a way that it can be pushed into the annular groove 80 with a precise fit.

Die Sandwichkonstruktion aus Skelettring 37, Umfangsring 44, Adaptionsgerüst 56, Herzsack 10 und der künstlichen Herzbasis 66 lässt sich in der Schnittdarstellung zur 13 deutlich entnehmen. Zum Fixieren dieser Sandwichkonstruktion sind die an der künstlichen Herzbasis 66 angebrachten Befestigungsbolzen 69 vorgesehen. Diese Befestigungsbolzen 69 durchdringen die Befestigungslöcher des Herzsacks 61, die Befestigungslöcher des Adaptionsgerüsts 91, die Skelettringbefestigungslöcher 43 und die Umfangringbefestigungslöcher 47. Um diese Komponenten zu fixieren, ist auf jedem Befestigungsbolzen 69 eine Mutter 110 geschraubt. Die Muttern 110 sind bevorzugt Hutmuttern ähnlich DIN 986. Diese Sandwichkonstruktion wird durch den Konnektor 45 umschlossen. Die Wölbungen des Konnektors 48 bieten dabei Platz für die Befestigungsbolzen 69 mit den aufgeschraubten Muttern 110. So können Ablagerungen vermieden werden.The sandwich construction of skeletal ring 37, peripheral ring 44, adaptation framework 56, heart sac 10 and the artificial heart base 66 can be seen in the sectional view 13 see clearly. The fastening bolts 69 attached to the artificial heart base 66 are provided for fixing this sandwich construction. These mounting bolts 69 penetrate through the heart sac mounting holes 61, adaptation framework mounting holes 91, skeletal ring mounting holes 43 and circumferential ring mounting holes 47. A nut 110 is screwed onto each mounting bolt 69 to fix these components. The nuts 110 are preferably cap nuts similar to DIN 986. This sandwich construction is enclosed by the connector 45. The bulges of the connector 48 offer space for the fastening bolts 69 with the nuts 110 screwed on. Deposits can thus be avoided.

Die 14 zeigt ein Getriebe 138 zur Kraftübertragung auf die Paddeleinheiten 7. Das Getriebe 138 besteht im Ausführungsbeispiel aus einem ersten Zahnrad 5 und einem zweiten Zahnrad 6. Das erste Zahnrad 5 weist an einem Teilumfang Zähne beginnend mit dem Startzahn 111 des ersten Zahnrads 5 und endend mit dem Endzahn 112 des ersten Zahnrads 5 auf. Zwischen dem Startzahn 111 des ersten Zahnrads 5 und dem Endzahn 112 des ersten Zahnrads 5 ist eine Lücke 113 des ersten Zahnrads 5 vorgesehen. Die Zahnreihenfolge des ersten Zahnrads 5 verläuft in der ersten dargestellten Perspektive gegen den Uhrzeigersinn. Im Zentrum des ersten Zahnrads 5 ist eine Bohrung enthalten.the 14 shows a gear 138 for power transmission to the paddle units 7. In the exemplary embodiment, the gear 138 consists of a first gear wheel 5 and a second gear wheel 6. The first gear wheel 5 has teeth on a partial circumference, beginning with the start tooth 111 of the first gear wheel 5 and ending with the End tooth 112 of the first gear 5 on. A gap 113 of the first gear 5 is provided between the start tooth 111 of the first gear 5 and the end tooth 112 of the first gear 5 . The tooth sequence of the first gear wheel 5 runs counterclockwise in the first perspective shown. A hole is included in the center of the first gear 5 .

Außerdem enthält das erste Zahnrad 5 an seiner ersten Stirnseite eine erste zylinderförmige Erweiterung 114 des ersten Zahnrads 5 in axialer Richtung. Der Durchmesser der ersten zylinderförmigen Erweiterung 114 des ersten Zahnrads 5 ist kleiner als der Fußkreisdurchmesser des ersten Zahnrads 5. Im Zentrum der ersten zylinderförmigen Erweiterung 114 des ersten Zahnrads 5 ist eine hexagonale Ausnehmung 115 des ersten Zahnrads 5 enthalten. Diese hexagonale Ausnehmung 115 des ersten Zahnrads 5 nimmt die hexagonförmige Abflachung 99 der Achsaufnahme 65 einer Paddeleinheit 7 auf. Das erste Zahnrad 5 enthält an seiner zweiten Stirnseite eine zweite zylinderförmige Erweiterung 116 in axialer Richtung. Der Durchmesser der zweiten zylinderförmigen Erweiterung 116 des ersten Zahnrads 5 ist kleiner als der Fußkreisdurchmesser des ersten Zahnrads 5. Auf der zweiten Stirnseite des ersten Zahnrads 5 ist der Endzahn 112 des ersten Zahnrads 5 in axialer Richtung zu einem Stopper 117 des ersten Zahnrads 5 erweitert.In addition, the first gear wheel 5 contains a first cylindrical extension 114 of the first gear wheel 5 in the axial direction on its first end face Direction. The diameter of the first cylindrical extension 114 of the first gear 5 is smaller than the root circle diameter of the first gear 5. In the center of the first cylindrical extension 114 of the first gear 5, a hexagonal recess 115 of the first gear 5 is included. This hexagonal recess 115 of the first gear wheel 5 accommodates the hexagonal flattened area 99 of the axle mount 65 of a paddle unit 7 . The first gear wheel 5 contains a second cylindrical extension 116 in the axial direction on its second end face. The diameter of the second cylindrical extension 116 of the first gear 5 is smaller than the root circle diameter of the first gear 5. On the second face of the first gear 5, the end tooth 112 of the first gear 5 is expanded in the axial direction to a stopper 117 of the first gear 5.

Das zweite Zahnrad 6 weist an einem Teilumfang Zähne beginnend mit einem Startzahn 118 des zweiten Zahnrads 6 und endend mit dem Endzahn 119 des zweiten Zahnrads 6 auf. Zwischen dem Startzahn 118 des zweiten Zahnrads 6 und dem Endzahn 119 des zweiten Zahnrads 6 ist eine Lücke 120 des zweiten Zahnrads 6 vorgesehen. Die Zahnreihenfolge des zweiten Zahnrads 6 verläuft in der ersten dargestellten Perspektive im Uhrzeigersinn. Im Zentrum des ersten Zahnrads 6 ist eine Bohrung enthalten. Außerdem enthält das erste Zahnrad 6 an seiner ersten Stirnseite eine erste zylinderförmige Erweiterung 121 des zweiten Zahnrads 6 in axialer Richtung. Der Durchmesser der ersten zylinderförmigen Erweiterung 121 des zweiten Zahnrads 6 ist kleiner als der Fußkreisdurchmesser des zweiten Zahnrads 6. Im Zentrum der ersten zylinderförmigen Erweiterung 121 des zweiten Zahnrads 6 ist eine hexagonale Ausnehmung 122 des zweiten Zahnrads 6 enthalten. Diese hexagonale Ausnehmung 122 des zweiten Zahnrads 6 nimmt die hexagonförmige Abflachung 99 der Achsaufnahme 66 einer Paddeleinheit 7 auf.The second gear 6 has teeth starting with a start tooth 118 of the second gear 6 and ending with the end tooth 119 of the second gear 6 on a partial circumference. A gap 120 of the second gear 6 is provided between the start tooth 118 of the second gear 6 and the end tooth 119 of the second gear 6 . The tooth sequence of the second gear wheel 6 runs clockwise in the first perspective shown. A hole is included in the center of the first gear 6 . In addition, the first gear wheel 6 contains, on its first end face, a first cylindrical extension 121 of the second gear wheel 6 in the axial direction. The diameter of the first cylindrical extension 121 of the second gear 6 is smaller than the root circle diameter of the second gear 6. In the center of the first cylindrical extension 121 of the second gear 6, a hexagonal recess 122 of the second gear 6 is included. This hexagonal recess 122 of the second gear wheel 6 accommodates the hexagonal flattened area 99 of the axle mount 66 of a paddle unit 7 .

Das zweite Zahnrad 6 enthält an seiner zweiten Stirnseite eine zweite zylinderförmige Erweiterung 123 des zweiten Zahnrads 6 in axialer Richtung. Der Durchmesser der zweiten zylinderförmigen Erweiterung 123 des zweiten Zahnrads 6 ist kleiner als der Fußkreisdurchmesser des zweiten Zahnrads 6. Auf der zweiten Stirnseite des zweiten Zahnrads 6 ist ein Stopper 124 des zweiten Zahnrads 6 angeformt. Dieser Stopper 124 des zweiten Zahnrads 6 ist in einem Segment mit einer Breite einer Zahnteilung des zweiten Zahnrads 6 auf den Durchmesser der zweiten zylinderförmigen Erweiterung 123 des zweiten Zahnrads 6 auf den Kopfkreisdurchmesser des zweiten Zahnrads 6 erweitert. Auf der zweiten Stirnseite des zweiten Zahnrads 6 ist eine Senkung eingesenkt, in die ein Kugellager 125 des zweiten Zahnrads 6 eingepresst ist.On its second end face, the second gear wheel 6 contains a second cylindrical extension 123 of the second gear wheel 6 in the axial direction. The diameter of the second cylindrical extension 123 of the second gear 6 is smaller than the root circle diameter of the second gear 6. On the second face of the second gear 6, a stopper 124 of the second gear 6 is formed. This stopper 124 of the second gear 6 is expanded to the addendum circle diameter of the second gear 6 in a segment with a width of one tooth pitch of the second gear 6 to the diameter of the second cylindrical extension 123 of the second gear 6 . On the second end face of the second gear wheel 6 there is a countersink into which a ball bearing 125 of the second gear wheel 6 is pressed.

Das erste Zahnrad 5 und das zweite Zahnrad 6 sind bevorzugt aus Polyoxymethylen POM gefertigt. Durch dieses Material wird eine äußerst hohe Standzeit des Getriebes 138 erreicht, da keine Schmierung notwendig ist. Alternativ kann das erste Zahnrad 5 und das zweite Zahnrad 6 aus einem Metall bestehen.The first gear 5 and the second gear 6 are preferably made of polyoxymethylene POM. This material ensures that the gear 138 has an extremely long service life, since no lubrication is required. Alternatively, the first gear wheel 5 and the second gear wheel 6 can be made of a metal.

15 zeigt unter anderem eine Herzabdeckung 72 mit einer Antriebseinheit 136 und einer Halteeinrichtung für die Steuerelektronik 126. Die Antriebseinheit 136 enthält ein Getriebe 138, das mindestens aus dem ersten Zahnrad 5 und dem zweiten Zahnrad 6 besteht, und einen Servomotor 3. Die Herzabdeckung 72 enthält eine Motorbefestigungsvorrichtung 127. Die Motorbefestigungseinrichtung 127 ist im Ausführungsbeispiel wannenförmig ausgeführt. Die Motorbefestigungseinrichtung 127 enthält Befestigungsdome 128 mit Bohrungen. In die wannenförmige Motorbefestigungsvorrichtung 127 wird der Servomotor 3 eingeschoben und über eine Motorabdeckung 4 fixiert. Die Motorabdeckung 4 wird mit Schrauben, hier nicht dargestellt, an den Befestigungsdomen 128 fixiert. 15 shows, among other things, a heart cover 72 with a drive unit 136 and a holding device for the control electronics 126. The drive unit 136 contains a gear 138, which consists of at least the first gear 5 and the second gear 6, and a servo motor 3. The heart cover 72 contains a Engine mounting device 127. The engine mounting device 127 is trough-shaped in the exemplary embodiment. The engine mounting device 127 includes mounting domes 128 with holes. The servo motor 3 is pushed into the trough-shaped motor fastening device 127 and fixed via a motor cover 4 . The engine cover 4 is fixed to the fastening bosses 128 with screws, not shown here.

Die Motorabdeckung 4 enthält einen ersten Stopper 129, der dazu geeignet ist den Drehumfang eines montierten ersten Zahnrads 5 an dessen Stopper 117 zu begrenzen. Die Motorabdeckung 4 enthält weiter einen zweiten Stopper 130 der ausgelegt ist, ein Rückstellen des zweiten Zahnrads 6 über eine Startlage hinaus mithilfe des Stoppers 124 des zweiten Zahnrads 6 zu verhindern.The engine cover 4 includes a first stopper 129 capable of limiting the amount of rotation of an assembled first gear 5 at the stopper 117 thereof. The engine cover 4 further includes a second stopper 130 configured to prevent the second gear 6 from returning beyond a starting position by means of the second gear 6 stopper 124 .

Weiter ist in 15 die Position des ersten Zahnrads 5 und des zweiten Zahnrads 6 zu erkennen. Das erste Zahnrad 5 ist auf der angetriebenen Motorachse 131 des Servomotors 3 montiert. Dabei wird das erste Zahnrad 5 durch eine Drehachse 76 durchdrungen. Das zweite Zahnrad 6 wird über das eingepresste Kugellager 125 des zweiten Zahnrads 6 auf einen zylinderförmigen Zapfen 132 der Motorabdeckung 4 aufgeschoben.Next is in 15 to recognize the position of the first gear wheel 5 and the second gear wheel 6. The first gear 5 is mounted on the driven motor axis 131 of the servo motor 3 . In this case, the first gear wheel 5 is penetrated by an axis of rotation 76 . The second gear wheel 6 is pushed onto a cylindrical pin 132 of the engine cover 4 via the pressed-in ball bearing 125 of the second gear wheel 6 .

Zur Befestigung der Herzabdeckung 72 ist ein Herzabdeckungsflansch 135 angeformt. Die Außenkontur des Herzabdeckungsflanschs 135 entspricht der Außenkontur der künstlichen Herzbasis 66. Gehalten wird die Herzabdeckung 72 durch den übergreifenden Konnektor 45.A heart cover flange 135 is formed to attach the heart cover 72 . The outer contour of the heart cover flange 135 corresponds to the outer contour of the artificial heart base 66. The heart cover 72 is held by the overarching connector 45.

Die 16 A bis 16 C zeigen die Funktion des Getriebes 138 und damit des Antriebs der Paddel 53. 16 A zeigt die Paddel 53 in Ruheposition. Beide Paddel 53 zeigen parallel in eine Richtung. Der Stopper 124 des zweiten Zahnrads 6 liegt in dieser Ruheposition an dem zweiten Stopper 130 der Motorabdeckung 4 an. Dabei liegt der Endzahn 112 des ersten Zahnrads 5 vor dem Startzahn 118 des zweiten Zahnrads 6.the 16A until 16c show the function of the gear 138 and thus the drive of the paddles 53. 16A shows the paddles 53 in the rest position. Both paddles 53 point parallel in one direction. The stopper 124 of the second gear 6 rests against the second stopper 130 of the engine cover 4 in this rest position. The end tooth 112 of the first gear wheel 5 lies in front of the start tooth 118 of the second gear wheel 6.

16 B zeigt die Zahnradstellung des ersten Zahnrads 5 und des zweiten Zahnrad 6 nachdem sich das erste Zahnrad 5 im Uhrzeigersinn um einen Winkel entsprechend dem Winkel der Lücke 113 des ersten Zahnrads 5 gedreht hat. Die Drehung des ersten Zahnrads 5 hat dazu geführt, dass das daran angebrachte Paddel 53, hier nicht dargestellt, im gleichen Winkel gedreht wird. Dieses Verdrehen des nicht dargestellten Paddels 53 drückt die linke Kammer 8 des Herzsacks 10 in Richtung Septum zusammen. Bislang ist das zweite Zahnrad 6 statisch in seiner Grundposition geblieben. Demzufolge ist das am zweiten Zahnrad 6 befestigte Paddel 53 bewegungslos in seiner Grundposition geblieben. Durch dieses Bewegungsmuster wird eine zeitliche Verzögerung der Pumpbewegung der linken Kammer 8 und der rechten Kammer 9 des Herzsacks 10 erreicht. 16 b 12 shows the gear position of the first gear 5 and the second gear 6 after the first gear 5 has rotated clockwise by an angle corresponding to the angle of the gap 113 of the first gear 5. FIG. The rotation of the first gear 5 has resulted in the attached paddle 53, not shown here, being rotated at the same angle. This twisting of the paddle 53 (not shown) compresses the left chamber 8 of the heart sac 10 in the direction of the septum. So far, the second gear 6 has remained static in its home position. As a result, the paddle 53 fixed to the second gear 6 has remained motionless in its home position. This movement pattern achieves a time delay in the pumping movement of the left ventricle 8 and the right ventricle 9 of the heart sac 10 .

16 B zeigt den Zeitpunkt, zu dem das erste Zahnrad 5 mit einem Winkel entsprechend der Lücke 113 des ersten Zahnrads 5 gedreht ist. Bei dem dargestellten Drehwinkel des ersten Zahnrads 5 kommt es zur Berührung des Startzahns 111 des ersten Zahnrads 5 mit dem Startzahn 118 des zweiten Zahnrads 6. 16 b 12 shows the time when the first gear 5 is rotated at an angle corresponding to the gap 113 of the first gear 5. FIG. At the illustrated angle of rotation of the first gear 5, the starting tooth 111 of the first gear 5 comes into contact with the starting tooth 118 of the second gear 6.

16 C zeigt die Position des ersten Zahnrads 5 und des zweiten Zahnrads 6 in ihrer Endposition. Wie hier zu erkennen ist, greifen die Zähne des ersten Zahnrads 5 in die Zähne des zweiten Zahnrads 6 ein. Durch diese Kämmung wird die weitere Drehbewegung bis zur Endposition des ersten Zahnrads 5 auf das zweite Zahnrad 6 übertragen. Dabei wird das Paddel 53, das mit dem ersten Zahnrad 5 verbunden ist, weiterbewegt. Zusätzlich wird ab der in 16 B dargestellten Position das zweite Zahnrad 6 mitbewegt. Dadurch wird nun das Paddel 53, das mit dem zweiten Zahnrad 6 verbunden ist, bewegt. Diese Bewegung führt nun zusätzlich zu einem zusammendrücken der rechten Kammer 9 des Herzsacks 10. Beim Erreichen der in 16 C dargestellten Endposition, kommen der Stopper 117 des ersten Zahnrads 5 mit dem ersten Stopper 129 der Motorabdeckung 4 in Berührung. In dieser Endposition sind die linke Kammer 8 und die rechte Kammer 9 des Herzsacks 10 in gleichem Umfang zusammengedrückt. 16c shows the position of the first gear 5 and the second gear 6 in their final position. As can be seen here, the teeth of the first gear wheel 5 mesh with the teeth of the second gear wheel 6 . This meshing means that the further rotational movement is transmitted to the second gear wheel 6 up to the end position of the first gear wheel 5 . In this case, the paddle 53, which is connected to the first gear wheel 5, is moved further. In addition, from the in 16 b shown position, the second gear 6 moves. As a result, the paddle 53, which is connected to the second gear 6, is now moved. This movement now also leads to a compression of the right ventricle 9 of the cardiac sac 10. Upon reaching the in 16c end position shown, the stopper 117 of the first gear 5 comes into contact with the first stopper 129 of the motor cover 4. In this end position, the left ventricle 8 and the right ventricle 9 of the heart sac 10 are compressed to the same extent.

Wie in den 16 A bis 16 C zu erkennen ist, weist das erste Zahnrad 5 einen größeren Durchmesser als das zweite Zahnrad 6 auf. Dadurch dreht das zweite Zahnrad 6 schneller als das erste Zahnrad 5. Mit Hilfe des Übersetzungsverhältnisses zwischen dem ersten Zahnrad 5 und dem zweiten Zahnrad 6 lässt sich unter anderem der pulmonale arterielle Blutdruck einstellen, der normalerweise 10% des systemischen arteriellen Blutdrucks ist.As in the 16A until 16c can be seen, the first gear 5 has a larger diameter than the second gear 6 . As a result, the second gear wheel 6 rotates faster than the first gear wheel 5. The gear ratio between the first gear wheel 5 and the second gear wheel 6 can be used, among other things, to set the pulmonary arterial blood pressure, which is normally 10% of the systemic arterial blood pressure.

Zum Entlasten des Herzsacks 10 wird das erste Zahnrad 5 durch den Servomotor 3 entgegen dem Uhrzeigersinn gedreht. Das an das erste Zahnrad 5 gekoppelte zweite Zahnrad 6 wird dabei im Uhrzeigersinn in Richtung seiner Grundposition gedreht. Bei Erreichen der Position, wie sie in 16 B dargestellt ist, berühren sich der Stopper des zweiten Zahnrads 124 und der zweite Stopper 130 der Motorabdeckung 4 wieder. Dieses Blockieren einer weiteren Bewegung des zweiten Zahnrads 6 im Uhrzeigersinn gewährleistet ein wieder einkoppeln der Zähne in einer nächsten Kompressionsphase. Die Pumpaktion setzt somit, im Gegensatz zu der normalen Blutzirkulation, aus der linken Seite des Herzens ein. Somit fängt die systemische Zirkulation vor der pulmonalen Zirkulation an.To relieve the cardiac sac 10, the first gear wheel 5 is rotated counterclockwise by the servomotor 3. The coupled to the first gear 5 second gear 6 is rotated clockwise towards its home position. Upon reaching the position as in 16 b 1, the stopper of the second gear 124 and the second stopper 130 of the engine cover 4 touch each other again. This blocking of a further movement of the second gear 6 in the clockwise direction ensures that the teeth are re-coupled in a next compression phase. In contrast to normal blood circulation, the pumping action starts from the left side of the heart. Thus, systemic circulation begins before pulmonary circulation.

Je nach körperlicher Belastung wie beispielsweise Kraftausübungen, sportliche Trainingseinheiten, Ruhezeiten oder Schlafzeit ist eine Anpassung des Herzschlagvolumens erforderlich. Eine Möglichkeit, eine passende Hämodynamik zu erzielen besteht darin, dass die Herzfrequenz bedarfsgerecht erhöht oder gesenkt wird. Dies erfolgt durch Manipulation der Pausenzeiten, in denen der Servomotor 3 inaktiv ist. Dabei bleiben Motorgeschwindigkeit und Rotationsgrad im aktiven Zustand des Servomotors 3 unverändert. Die Steuereinheit 137 des künstlichen Herzens kommuniziert hierzu mittels einer drahtlosen Verbindung mit einer externen Steuereinheit. Dabei ist die drahtlose Verbindung so ausgelegt, dass eine sichere Kommunikation durch das menschliche Gewebe möglich ist. Die drahtlose Kommunikationsschnittstelle kann z.B. eine proprietäre drahtlose Schnittstelle, Bluetooth, ZigBee, WLAN oder eine andere drahtlose Kommunikationsschnittstelle sein.Depending on physical stress such as strength training, sporting training sessions, rest periods or sleeping time, an adjustment of the heart rate is necessary. One way to achieve appropriate hemodynamics is to increase or decrease the heart rate as needed. This is done by manipulating the pause times in which the servomotor 3 is inactive. The motor speed and degree of rotation remain unchanged in the active state of the servomotor 3. For this purpose, the control unit 137 of the artificial heart communicates with an external control unit by means of a wireless connection. The wireless connection is designed in such a way that secure communication is possible through human tissue. For example, the wireless communication interface may be a proprietary wireless interface, Bluetooth, ZigBee, WLAN, or other wireless communication interface.

Die Pausezeit zum Erreichen der gewünschten Herzfrequenz wird wie folgt ermittelt: HF = 60 / 2 * ( RZ + PZ )

Figure DE102020132268B3_0001
mit:

  • 2: Für ein Hindrehen und wieder Rückkehren
  • HF: Herzfrequenz
  • RZ: Rotationszeit abhängig vom Rotationsgrad und Motorgeschwindigkeit
  • PZ: Pausenzeit.
The pause time to reach the desired heart rate is determined as follows: HF = 60 / 2 * ( RZ + PZ )
Figure DE102020132268B3_0001
with:
  • 2: For turning and returning
  • HR: heart rate
  • RZ: Rotation time dependent on degree of rotation and motor speed
  • PZ: break time.

Als Folge ist die Herzfrequenz: HF = 30 / ( RZ + PZ )

Figure DE102020132268B3_0002
As a result, the heart rate is: HF = 30 / ( RZ + PZ )
Figure DE102020132268B3_0002

Eine weitere Möglichkeit, eine passende Hämodynamik zu erzielen besteht darin, das mit einem simulierten Herzschlag transportierte Blutvolumen anzupassen. Hierzu wird der Rotationsgrad und somit die Rotationszeit des Servomotors 3 manipuliert. Dabei wird die Pausenzeit beibehalten. Das ist vergleichbar mit dem physiologischen Mechanismus, wenn die beiden Herzkammern deren Kontraktilitätsgrad ändern. Das Anpassen des Herzschlagvolumens beruht darauf, dass die angetriebene Motorachse 131 des Servomotors 3 eine von der Stromzufuhr abhängige Rotationsgeschwindigkeit hat. Somit lässt sich bei Erhöhung des Rotationswinkels und umgekehrt proportionaler Änderung der Rotationsgeschwindigkeit das transportierte Blutvolumen anpassen. Die Herzfrequenz kann dabei konstant gehalten werden. Eine Kombination beider Anpassungen der Hämodynamik kann ebenfalls eingesetzt werden, um eine verbesserte Anpassung zu erreichen.Another way to achieve matching hemodynamics is to adjust the volume of blood transported with a simulated heartbeat. For this purpose, the degree of rotation and thus the rotation time of the servo motor 3 is manipulated. The pause time is retained. The is comparable to the physiological mechanism when the two heart chambers change their degree of contractility. The adaptation of the heart stroke volume is based on the fact that the driven motor axis 131 of the servomotor 3 has a rotation speed dependent on the power supply. In this way, the volume of blood transported can be adjusted by increasing the angle of rotation and changing the speed of rotation in inverse proportion. The heart rate can be kept constant. A combination of both hemodynamic adjustments can also be used to achieve improved adjustment.

Die Steuereinheit 137 besteht im Ausführungsbeispiel aus der Steuerelektronik, einem Mikrocontroller, einer Motorenschnittstelle, einer drahtlosen Kommunikationsschnittstelle, einer drahtlosen Ladestromübertragung, einer Sensorik und einem Akku. Der Mikrocontroller steuert und überwacht die gesamte Funktionalität des künstlichen Herzens.In the exemplary embodiment, the control unit 137 consists of the control electronics, a microcontroller, a motor interface, a wireless communication interface, wireless charging current transmission, a sensor system and a rechargeable battery. The microcontroller controls and monitors the entire functionality of the artificial heart.

Der Mikrokontroller arbeitet einen Programmcode ab, der die Rotationsbewegung des Servomotors 3 steuert. Der Servomotor 3 erzeugt eine Drehbewegung an seiner angetriebenen Motorachse 131. Die angetriebene Motorachse 131 ist mit dem ersten Zahnrad 5, der Drehachse 76, und der Paddeleinheit 7 verbunden. Die Ruhelage der Paddeleinheit 7 entspricht einem Winkel von 0°. Der Servomotor 3 wird über die Motorenschnittstelle veranlasst seinen vorprogrammierten Rotationsgrad anzufahren. Das mit dem ersten Zahnrad 5 verbundene Paddel 53 wird somit in diesen Winkel bewegt. Dadurch wird die linke Kammer 8 des Herzsacks 10 zusammengedrückt.The microcontroller runs a program code that controls the rotational movement of the servomotor 3 . The servomotor 3 generates a rotary motion on its driven motor axis 131. The driven motor axis 131 is connected to the first gear wheel 5, the axis of rotation 76, and the paddle unit 7. The rest position of the paddle unit 7 corresponds to an angle of 0°. The servomotor 3 is prompted via the motor interface to start up its pre-programmed degree of rotation. The paddle 53 connected to the first gear 5 is thus moved to this angle. As a result, the left ventricle 8 of the cardiac sac 10 is compressed.

Das Zusammendrücken der linken Kammer 8 verursacht ein Ausstoßen des in der linken Kammer 8 befindlichen Blutes durch die aortalen-, und pulmonalen Öffnungen über das Adaptionsgerüst 56 in die Blutbahn. Der durch diese Bewegung eingeschobene Schieber 62 stellt sicher, dass das Blut beim Zusammendrücken der jeweiligen Kammer 8 des Herzsacks 10 nicht in den angeschlossenen Vorhof gedrückt wird. Eine Rotation des Paddels 53 bewegt auch den Schieber 62 in derselben Rotationsbewegung. Dabei bewegt sich der Schieber 62 in seiner Kammer 59 des Herzsacks 10. Der Schieber 62 unterstützt einerseits das Zusammendrücken der Kammern 59 des Herzsacks 10 und verschließt anderseits temporär die jeweilige Vorhoföffnung 33, 35.The compression of the left ventricle 8 causes the blood in the left ventricle 8 to be expelled through the aortic and pulmonary openings via the adaptation framework 56 into the bloodstream. The slider 62 pushed in by this movement ensures that the blood is not pressed into the connected atrium when the respective chamber 8 of the cardiac sac 10 is compressed. Rotation of the paddle 53 also moves the slider 62 in the same rotational motion. The slide 62 moves in its chamber 59 of the heart sac 10. The slide 62 supports the compression of the chambers 59 of the heart sac 10 on the one hand and on the other hand temporarily closes the respective atrial opening 33, 35.

Ist die Endposition erreicht, verharrt der Servomotor 3 in dieser Position für eine festgelegte Zeit. Während dieser Zeit wird der Druck in der jeweiligen Kammer bevorzugt für eine kurze Zeit aufrechterhalten, damit ausreichend Blut durch das künstliche Herz transportiert wird. Anschließend bewegt der Servomotor 3 das an das erste Zahnrad 5 angeschlossene Paddel 53 zurück in die Grundposition von 0°.When the end position is reached, the servomotor 3 remains in this position for a specified time. During this time, the pressure in the respective chamber is preferably maintained for a short time so that sufficient blood is transported through the artificial heart. Then the servo motor 3 moves the paddle 53 connected to the first gear wheel 5 back to the basic position of 0°.

Der Servomotor 3 verharrt in dieser Grundposition für eine weitere festgelegte Zeit. In dieser Zeit füllt sich die linke Kammer 8 des Herzsacks 10 mit dem Blut.The servo motor 3 remains in this basic position for another specified time. During this time, the left ventricle 8 of the cardiac sac 10 fills with blood.

Durch die Bewegung des Paddels 53 in die Grundposition bildet sich in der linken Kammer 8 ein negativer Druck. Durch diesen Unterdruck wird das Blut in die linke Kammer 8 des Herzsacks 10 gesogen. Da das erste Zahnrad 5 direkt mit der angetriebenen Motorachse 131 des Servomotors 3 verbunden ist, ist die Drehbewegung des Paddels 53 simultan zu der Bewegung der angetriebenen Motorachse 131.A negative pressure is formed in the left-hand chamber 8 as a result of the movement of the paddle 53 into the basic position. The blood is sucked into the left ventricle 8 of the cardiac sac 10 by this negative pressure. Since the first gear 5 is directly connected to the driven motor axis 131 of the servo motor 3, the rotational movement of the paddle 53 is simultaneous to the movement of the driven motor axis 131.

Im Gegensatz dazu führt das Paddel 53, das mit dem zweiten Zahnrad 6 verbunden ist, eine verzögerte Bewegung aus. Die Verzögerungszeit wird durch die Lücke 113 des ersten Zahnrads 5 in der das erste Zahnrad 5 keine Zähne hat, bestimmt. Die zahnlose Lücke 113 im ersten Zahnrad 5 dient dazu, dass die Drehbewegung des ersten Zahnrads 5 nur intermittierend und nicht simultan ins zweite Zahnrad 6 übertragen wird. Da die Lücke 113 des ersten Zahnrads 5 einen festgelegten Winkel abdeckt, verstreicht eine vorher bestimmte Zeit, um diese Lücke 113 des ersten Zahnrads 5 zu überbrücken. Die Motorgeschwindigkeit legt die Dauer dieser Zeit fest, die notwendig ist, um diese Lücke 113 des ersten Zahnrads 5 zu überwinden.In contrast, the paddle 53 connected to the second gear 6 performs a delayed movement. The delay time is determined by the gap 113 of the first gear 5 in which the first gear 5 has no teeth. The toothless gap 113 in the first gear wheel 5 serves to ensure that the rotational movement of the first gear wheel 5 is only transmitted to the second gear wheel 6 intermittently and not simultaneously. Since the gap 113 of the first gear 5 covers a predetermined angle, a predetermined time elapses to bridge this gap 113 of the first gear 5 . The engine speed determines the duration of this time, which is necessary to overcome this gap 113 of the first gear wheel 5.

Mit dem Ende der Lücke 113 des ersten Zahnrads 5 wird das zweite Zahnrad 6 durch die Zähne beider Zahnräder bewegt. Die Bewegung des zweiten Zahnrads 6 wird auf die damit verbundene Paddeleinheit 7 übertragen. Über die Paddeleinheit 7 wird eine Pumpaktion der rechten Kammer 9 des Herzsacks 10 ausgeführt. Kehrt das erste Zahnrad 5 in seine ursprüngliche Position zurück, führt das dazu, dass das zweite Zahnrad 6 ebenfalls in seine Grundposition zurückbewegt wird. Durch die unterschiedlichen Durchmesser des ersten Zahnrads 5 und des zweiten Zahnrads 6 wird die rechte Kammer 9 vor der linken Kammer 8 wieder mit Blut befüllt. Dabei füllt sich die rechte Kammer 9 bereits komplett auf, während das erste Zahnrad 5 noch im Bereich der Lücke 113 des ersten Zahnrads 5 in Bewegung ist.With the end of the gap 113 of the first gear 5, the second gear 6 is moved by the teeth of both gears. The movement of the second gear wheel 6 is transmitted to the paddle unit 7 connected thereto. A pumping action of the right ventricle 9 of the heart sac 10 is carried out via the paddle unit 7 . If the first gear 5 returns to its original position, this means that the second gear 6 is also moved back to its home position. Due to the different diameters of the first gear wheel 5 and the second gear wheel 6, the right-hand chamber 9 before the left-hand chamber 8 is refilled with blood. The right-hand chamber 9 is already filling up completely while the first gear wheel 5 is still moving in the area of the gap 113 in the first gear wheel 5 .

17 A zeigt das erfindungsgemäße künstliche Herz im fertig montierten Zustand. Die kreisrunde Öffnung in der Herzabdeckung 72 dient nur der Illustration und ist in der Herzabdeckung 72 nicht enthalten. Auf einen Großteil der Bestandteile des künstlichen Herzens wurde bereits ausführlich eingegangen. In der bisherigen Beschreibung wurde jedoch nicht auf die Befestigung des künstlichen Herzens eingegangen. Deshalb wird die Befestigung des künstlichen Herzens im Folgenden ausführlich beschrieben. 17 a shows the artificial heart according to the invention in the fully assembled state. The circular opening in heart cover 72 is for illustration only and is not included in heart cover 72 . A large part of the components of the artificial heart has already been discussed in detail received. In the previous description, however, the attachment of the artificial heart was not discussed. Therefore, the attachment of the artificial heart will be described in detail below.

Das bereits beschriebene Winkelverstellsystem 1 stellt eine Aufnahme und einen Zahnstangenantrieb 26 für eine Zahnstange 31 bereit. Die Zahnstange 31 enthält an seinem aus dem Einstellarm 13 herausragenden Ende ein Kugelgelenk 134. Dieses Kugelgelenk 134 verbindet eine distale Manschette 2 mit der Zahnstange 31. Zur Sicherung der Lage des künstlichen Herzens an der Implantationsstelle ist es ausreichend, dass das künstliche Herz lediglich in die distale Manschette 2 eingelegt wird. Dazu ist die distale Manschette 2 so geformt, dass sie die Herzabdeckung 72 an ihrem geschlossenen Ende exakt umschließt. Ist eine weitere Fixierung der Herzabdeckung 72 in der distalen Manschette 29 gefordert, können in der distalen Manschette 2 Halteklammern (hier nicht dargestellt) vorgesehen werden.The angle adjustment system 1 already described provides a receptacle and a rack and pinion drive 26 for a rack 31 . The rack 31 contains a ball joint 134 at its end protruding from the adjustment arm 13. This ball joint 134 connects a distal cuff 2 to the rack 31. To secure the position of the artificial heart at the implantation site, it is sufficient that the artificial heart only in the distal cuff 2 is inserted. For this purpose, the distal cuff 2 is shaped in such a way that it exactly encloses the heart cover 72 at its closed end. If further fixation of the heart cover 72 in the distal cuff 29 is required, retaining clips (not shown here) can be provided in the distal cuff 2 .

In 17 A ist eine Leitungsverbindung 133 dargestellt. Über diese Leitungsverbindung 133 wird das künstliche Herz mit dem der Steuerelektronik zugehörigen Akkumulator verbunden. Der Akkumulator wird nicht direkt in das künstliche Herz integriert, da es sich dabei um ein sogenanntes Verschleißteil handelt. Deshalb muss ein einfacher Zugang gewährleistet sein. Dies wird dadurch erreicht, dass dieser Akku subkutan, d.h. in der Nähe der Hautoberfläche, implantiert ist. Eine weitere Aufgabe der Leitungsverbindung 133 ist ebenfalls die Auslagerung der drahtlosen Kommunikation und der drahtlosen Energieankopplung zur Ladung des Akkus. Die dazu notwendigen Komponenten sind ebenfalls direkt unter der Haut Oberfläche zu implantieren. So sind insbesondere wärmeverursachende Verlustleistungen beim Laden des Akkus minimiert.In 17 a a line connection 133 is shown. The artificial heart is connected to the accumulator associated with the control electronics via this line connection 133 . The accumulator is not integrated directly into the artificial heart since it is a so-called wearing part. Therefore, easy access must be guaranteed. This is achieved because this battery is implanted subcutaneously, ie close to the skin's surface. Another task of the line connection 133 is also the outsourcing of the wireless communication and the wireless energy coupling for charging the battery. The necessary components are also to be implanted directly under the skin surface. In particular, heat-related power losses when charging the battery are minimized.

Die 17 B zeigt eine Schnittdarstellung des künstlichen Herzens an der Schnittkante A-A aus 17 A. Hier ist besonders gut die Einbaulage der Steuerelektronik auf der Halteeinrichtung für die Steuerelektronik 126 zu erkennen. Die Steuerelektronik 137 ist in einer Halteeinrichtung für die Steuerelektronik 126 der Herzabdeckung 72 befestigt. In dieser Darstellung wird auch noch einmal die Fixierung der Herzabdeckung 72 durch den Konnektor 45 gezeigt.the 17 b shows a sectional representation of the artificial heart at the cutting edge AA 17 a . The installation position of the control electronics on the holding device for the control electronics 126 can be seen particularly well here. The control electronics 137 are mounted in a holding device for the control electronics 126 of the heart cover 72 . In this representation, the fixation of the heart cover 72 by the connector 45 is shown once again.

In einer weiteren Ausführungsform enthält das erfindungsgemäße künstliche Herz einen zweiten Servomotor. Mithilfe des zweiten Servomotors ist es möglich, jedes Paddel individuell zu betätigen. Dadurch lässt sich eine deutlich höhere Flexibilität der Betätigungsreihenfolge und Betätigungsgeschwindigkeit der Kammern des Herzsacks erreichen. Dabei kann auch auf ein Getriebe verzichtet werden.In a further embodiment, the artificial heart according to the invention contains a second servomotor. With the help of the second servo motor, it is possible to operate each paddle individually. This makes it possible to achieve significantly greater flexibility in terms of the sequence of actuation and the rate of actuation of the chambers of the heart sac. It is also possible to dispense with a gear.

Die 18 zeigt ein im Folgenden beschriebenes Verfahren zur Montage des erfindungsgemäßen künstlichen Herzens. the 18 shows a method, described below, for assembling the artificial heart according to the invention.

In einem ersten Schritt wird das Winkelverstellsystem 1 an einer Wirbelsäule fixiert S101. Die Basis 12 wird mittels der verschiebbaren Schraubenmuttern 17 durch zwei Rückgrat-Schrauben in Position gebracht und festgeschraubt. Nun wird der Winkel bestimmt S102. Die Bestimmung S102 des Winkels und spätere Einstellung der korrekten Lage S114 des künstlichen Herzens mit Hilfe des bestimmten Winkels erfolgt durch Ausüben eines Drucks auf den Einstellarm 13 in Richtung Winkelgehäuse 8. Durch den Druck löst sich der Kontakt zwischen den gezahnten Flächen der ersten verzahnten Scheibe 19 und der zweiten verzahnten Scheibe 20, und somit kann man den Einstellarm 13 auf der Basis 8 drehen. Lässt der Druck nach, drückt die im Winkelgehäuse 8 eingebaute Feder 22 die erste verzahnte Scheibe 19 gegen die zweite verzahnte Scheibe 20. Die Verzahnungen 15 steht somit wieder im Eingriff und fixiert dadurch den Einstellarm 13 in seiner neuen Position.In a first step, the angle adjustment system 1 is fixed to a spine S101. The base 12 is positioned and tightened by means of the sliding nuts 17 by two spine screws. Now the angle is determined S102. The angle is determined S102 and the correct position S114 of the artificial heart is subsequently set using the determined angle by exerting pressure on the adjustment arm 13 in the direction of the angle housing 8. The pressure releases the contact between the toothed surfaces of the first toothed disk 19 and the second toothed disc 20, and thus the adjustment arm 13 can be rotated on the base 8. If the pressure is released, the spring 22 built into the angle housing 8 presses the first toothed disc 19 against the second toothed disc 20. The teeth 15 are thus engaged again and thereby fix the adjustment arm 13 in its new position.

In einem zweiten Schritt wird der Skelettring 37 an die kardialen Strukturen angeschlossen S103. Zur Vorbereitung wird der Konnektor 45 auf den Skelettring 37 aufgelegt, sodass die Verbindungsmuffe des Skelettrings 37 den Konnektor 45 durchdringt. Nun wird der Umfangsring 44 über den Skelettring 37 und unter den Konnektor 45 gezogen S103. Dabei werden die Gefäße und Vorhöfe der präparierten Implantationsstelle an die dafür vorgesehene Verbindungsmuffe für den linken Vorhof 38, an der Verbindungsmuffe für die Aorta 39, an der Verbindungsmuffe für den rechten Vorhof 40 und an der Verbindungsmuffe für den Truncus pulmonalis 41 des Skelettrings 37 angeschlossen S104.In a second step, the skeletal ring 37 is connected to the cardiac structures S103. In preparation, the connector 45 is placed on the skeletal ring 37 so that the connecting sleeve of the skeletal ring 37 penetrates the connector 45 . Now the peripheral ring 44 is pulled over the skeletal ring 37 and under the connector 45 S103. The vessels and atria of the prepared implantation site are connected to the connection sleeve provided for the left atrium 38, to the connection sleeve for the aorta 39, to the connection sleeve for the right atrium 40 and to the connection sleeve for the pulmonary trunk 41 of the skeletal ring 37 S104 .

In einem weiteren Schritt wird der Herzsack 10 in die künstliche Herzbasis 66 eingelegt S105. Dabei durchdringen die linke Kammer 8 und die rechte Kammer 9 des Herzsacks 10 die künstliche Herzbasis 66. Die Befestigungsbolzen 69 der künstlichen Herzbasis 66 werden durch die im Herzsack 10 vorgesehenen Befestigungslöcher 61 gesteckt. Auf die Einheit bestehend aus künstlicher Herzbasis 66 und dem Herzsack 10 wird das Adaptionsgerüst 56 montiert S106. Dabei wird das Adaptionsgerüst 56 so ausgerichtet, dass dessen Öffnungen der zweiten Ebene des Adaptionsgerüsts 90 entsprechend den Öffnungen des Herzsacks 10 orientiert sind. Nun wird das Adaptionsgerüst 56 über die Befestigungsbolzen 69 der künstliche Herzbasis 66 aufgesteckt, so dass die zweite Ebene des Adaptionsgerüsts 90 plan auf der Flanschfläche 57 des Herzsacks 10 aufliegt.In a further step, the heart sac 10 is placed in the artificial heart base 66 S105. The left ventricle 8 and the right ventricle 9 of the heart sac 10 penetrate the artificial heart base 66 . The adaptation frame 56 is mounted S106 on the unit consisting of the artificial heart base 66 and the heart sac 10 . In this case, the adaptation framework 56 is aligned in such a way that its openings in the second plane of the adaptation framework 90 are oriented in accordance with the openings in the cardiac sac 10 . Now the adaptation framework 56 is fitted over the fastening bolts 69 of the artificial heart base 66, so that the second level of the adaptation ge frame 90 rests flat on the flange surface 57 of the heart sac 10 .

In einem nächsten Schritt wird das Septum 11 mit seiner schwalbenschwanzförmigen Feder 79 radial in die schwalbenschwanzförmige Nut der Aufnahme für das Septum 78 der künstlichen Herzbasis 66 eingeschoben S107. Nun erfolgt die Montage der Paddeleinheiten 7. Jede Paddeleinheit 7 wird zwischen die beiden Kammern des Herzsacks 10 positioniert S108 und das obere Ende der Paddeleinheit 7 in die Kugellager 70, die in der künstlichen Herzbasis 66 eingepresst sind, eingeführt. Dabei werden die beiden Schieber 62 lagerichtig in die der linken Kammer 8 als auch der rechten Kammer 9 zugeordneten Körbe 59 des Herzsacks 10 eingelegt.In a next step, the septum 11 with its dovetail-shaped tongue 79 is pushed radially into the dovetail-shaped groove of the receptacle for the septum 78 of the artificial heart base 66 S107. The paddle units 7 are now assembled. Each paddle unit 7 is positioned between the two chambers of the heart sac 10 S108 and the upper end of the paddle unit 7 is inserted into the ball bearings 70 that are pressed into the artificial heart base 66 . The two slides 62 are inserted in the correct position in the baskets 59 of the heart sac 10 assigned to the left ventricle 8 and the right ventricle 9 .

In einem folgenden Schritt wird die Abdeckung für den Herzsack 71 montiert S109. Dazu wird die Abdeckung für den Herzsack 71 mit seinem äußeren Rand in die dafür vorgesehene ringförmige Nut 84 der künstliche Herzbasis 66 eingeschoben. Die Achsaufnahmen 65 der Paddeleinheiten 7 werden bei dem Einschiebevorgang in die zugehörigen Kugellager 107, 108 eingeführt. Der zentrale Stab 92 des Septums 11 wird in die dafür vorgesehene dritte Bohrung der Herzsackabdeckung 106 eingeführt. Schließlich wird die Abdeckung für den Herzsack 71 mit einer Mutter an dem zentralen Stab 92 des Septums 11 fixiert.In a subsequent step, the cover for the heart sac 71 is mounted S109. For this purpose, the cover for the heart sac 71 is pushed with its outer edge into the ring-shaped groove 84 of the artificial heart base 66 provided for this purpose. The axle mounts 65 of the paddle units 7 are inserted into the associated ball bearings 107, 108 during the insertion process. The central rod 92 of the septum 11 is inserted into the third hole in the heart sac cover 106 provided for this purpose. Finally, the cardiac sac cover 71 is fixed to the central post 92 of the septum 11 with a nut.

Nun wird die so vormontierte Einheit auf den Skelettring 37 und den Umfangsring 44 aufgesteckt S110. Dabei wird diese vormontierte Einheit so ausgerichtet, dass die Öffnungen des Adaptionsgerüst 56 mit den Öffnungen des Skelettrings 37 übereinstimmen. Nun werden auf die aus dem Umfangsring 44 ragenden Befestigungsbolzen 69 die entsprechenden Muttern 110 aufgeschraubt. Nun werden diese Muttern 110 Schritt für Schritt kreuzweise festgezogen. Beim kreuzweise Festziehen werden immer die gegenüberliegenden Muttern 110 paarweise angezogen. Dadurch lassen sich Verspannungen durch ungleichmäßiges Festziehen vermeiden.The unit preassembled in this way is now placed on the skeleton ring 37 and the peripheral ring 44 S110. This preassembled unit is aligned in such a way that the openings in the adaptation frame 56 match the openings in the skeleton ring 37 . The corresponding nuts 110 are now screwed onto the fastening bolts 69 protruding from the peripheral ring 44 . Now these nuts 110 are tightened crosswise step by step. When tightening crosswise, the opposite nuts 110 are always tightened in pairs. This avoids tension caused by uneven tightening.

Die 19 zeigt ein Verfahren zur Vormontage einer Einheit, die von der Herzabdeckung 72 umschlossen ist, mit den folgenden unabhängigen Schritten: Der Servomotor 3 wird in die für ihn vorgesehene Motorbefestigungsvorrichtung 127 der Herzabdeckung 72 eingeschoben S201. Die Motorbefestigungsvorrichtung 127 mit dem Servomotor 3 wird durch eine Motorabdeckung 4 verschlossen. Die Motorabdeckung 4 wird in den dafür vorgesehenen Befestigungsdomen 128 festgeschraubt.the 19 Fig. 12 shows a method for pre-assembling a unit enclosed by the heart cover 72, with the following independent steps: The servo motor 3 is inserted into the motor attachment device 127 of the heart cover 72 provided for it S201. The motor attachment device 127 with the servo motor 3 is closed by a motor cover 4 . The engine cover 4 is screwed into the fastening bosses 128 provided for this purpose.

Zur Montage des Getriebes S202 wird auf die angetriebene Motorachse 131 des Servomotors 3 das erste Zahnrad 5 in Grundposition aufgesteckt. Eine erste Drehachse wird an ihrem langen Gewinde 96 durch das erste Zahnrad 5 in die angetriebene Motorachse 131 eingeschraubt. Eine zweite Drehachse 94 wird an ihrem kurzen Gewinde 97 in das zweite Zahnrad 6 eingeschraubt. Das zweite Zahnrad 6 mit der eingeschraubten Drehachse 94 wird an seinem eingepressten Kugellager des zweiten Zahnrads 125 auf den zylinderförmigen Zapfen 132 der Motorabdeckung 4 aufgeschoben. Die Steuerelektronik wird an der Halteeinrichtung für die Steuerelektronik 126 befestigt S203, und die Verbindung zum Servomotor 3 hergestellt. Außerdem wird die Leitungsverbindung 133 zum Akkumulator und dem Empfänger für die Ladeenergie aus der Herzabdeckung 72 herausgeführt S204.To assemble the gear S202, the first gear wheel 5 is pushed onto the driven motor axis 131 of the servomotor 3 in the basic position. A first axis of rotation is screwed at its long thread 96 through the first gear wheel 5 into the driven motor axis 131 . A second axis of rotation 94 is screwed into the second gear wheel 6 at its short thread 97 . The second gear wheel 6 with the screwed-in axis of rotation 94 is pushed onto the cylindrical pin 132 of the motor cover 4 at its pressed-in ball bearing of the second gear wheel 125 . The control electronics are attached to the holding device for the control electronics 126 S203 and the connection to the servo motor 3 is established. In addition, the line connection 133 to the accumulator and the receiver for the charging energy is led out from the heart cover 72 S204.

Nun wird die Einheit, die von der Herzabdeckung 72 umschlossen ist, auf die Einheit, die von der Abdeckung für den Herzsack 71 umschlossen ist, montiert S111. Dabei ist besonders zu beachten, dass sich alle bewegten Teile in der Grundposition befinden. Die beiden vormontierten Drehachsen 76, 94 werden in die dafür vorgesehenen Achsaufnahmen 65 eingeschoben. Nun kann die Einheit, die von der Herzabdeckung 72 umschlossen ist, vollständig auf die Einheit, die vor der Abdeckung für den Herzsack 71 umschlossen ist, aufgeschoben werden. Dabei gleiten die hexagonförmige Abflachungen 99 der Achsaufnahmen 65 der Paddeleinheiten 7 in die dafür vorgesehene hexagonale Ausnehmung des ersten Zahnrads 115 und die dafür vorgesehene hexagonale Ausnehmung 122 des zweiten Zahnrades 6. Gleichzeitig gleitet der abgeflachte Abschnitt der Drehachsen 95 in die dafür vorgesehene Aufnahme für den abgeflachten Abschnitt der Drehachse 98.Now, the unit enclosed by the heart cover 72 is mounted on the unit enclosed by the heart sac cover 71 S111. It is particularly important to ensure that all moving parts are in the home position. The two pre-assembled rotary axes 76, 94 are inserted into the axle mounts 65 provided for this purpose. Now the unit enclosed by the heart cover 72 can be fully slid onto the unit enclosed in front of the cardiac sac cover 71 . The hexagonal flattened areas 99 of the axle mounts 65 of the paddle units 7 slide into the hexagonal recess provided for this purpose in the first gear wheel 115 and the hexagonal recess 122 provided for this purpose in the second gear wheel 6. At the same time, the flattened section of the rotary axles 95 slides into the intended receptacle for the flattened Section of the axis of rotation 98.

Nun sind beide Einheiten so aufeinander geschoben, dass der Herzabdeckungsflansch 135 plan auf der zweiten Oberfläche der künstliche Herzbasis 83 aufliegt. Zum Fixieren der Herzabdeckung 72 wird der Konnektor 45 über den Herzabdeckungsflansch 135 gezogen S112, sodass der Konnektor 45 den Umfangsring 44, den Skelettring 37, das Adaptionsgerüst 56, den Herzsack 10, die künstliche Herzbasis 66 und den Herzabdeckungsflansch 135 umschließt. Somit werden die beschriebenen Komponenten als eine einzige Einheit zusammengehalten.Both units are now pushed onto one another in such a way that the heart cover flange 135 lies flat on the second surface of the artificial heart base 83 . To fix the heart cover 72, the connector 45 is pulled over the heart cover flange 135 S112 so that the connector 45 encloses the peripheral ring 44, the skeletal ring 37, the adaptation framework 56, the heart sac 10, the artificial heart base 66 and the heart cover flange 135. Thus, the components described are held together as a single unit.

In einem letzten Schritt wird die durch den Konnektor 45 zusammengehaltene Einheit an dem dem Adaptionsgerüst 56 gegenüberliegenden Ende der Herzabdeckung 72 in die distale Manschette 2 eingelegt S113. Die distale Manschette 2 ist über ein Kugelgelenk 134 mit einer Zahnstange 31 verbunden. Die Zahnstange 31 wird in den Einstellarm 13 eingeschoben. Über die dreieckige Ausnehmung 30 am Zahnstangenantrieb 26 wird die Zahnstange in dem Einstellarm 13 je nach Drehrichtung ein bzw. ausgefahren. Somit wird die horizontale Lage des künstlichen Herzens eingestellt. Ist die gewünschte Lage erreicht, wird das Sicherungselement 29 eingeschoben S114. Dadurch wird selbst bei einem Verdrehen des Zahnrads des Zahnstangen Antriebs 27 ein Verstellen der horizontalen Lage verhindert. Die Verbindung zwischen Einstellarm 13 und Zahnstange 31 in Kombination mit dem Sicherungselement 29 dichtet das Winkelverstellsystem 1 so ab, dass Fibrin-Ablagerungen im Geräteinnere verhindert werden.In a final step, the unit held together by the connector 45 is inserted S113 into the distal cuff 2 at the end of the heart covering 72 opposite the adaptation framework 56 . The distal cuff 2 is connected to a toothed rack 31 via a ball joint 134 . The toothed rack 31 is pushed into the adjustment arm 13. Via the triangular recess 30 on the rack drive 26, the rack is extended or retracted in the adjustment arm 13, depending on the direction of rotation. Thus, the horizontal position of the artificial heart set. When the desired position is reached, the securing element 29 is pushed in S114. This prevents the horizontal position from being adjusted even if the toothed wheel of the toothed rack drive 27 is rotated. The connection between the adjustment arm 13 and the toothed rack 31 in combination with the securing element 29 seals the angle adjustment system 1 in such a way that fibrin deposits inside the device are prevented.

Die 20 zeigt eine weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen künstlichen Herzens. Zwischen dem Adaptionsgerüst 56 und der Flanschfläche 57 des Herzsacks 10 ist eine Dichtscheibe 140 angeordnet. Die Außenkontur der Dichtscheibe 140 entspricht exakt der des Adaptionsgerüsts 56. Außerdem enthält die Dichtscheibe 140 Öffnungen, die mit den Eintrittsöffnungen des Herzsacks 60 und den Austrittsöffnungen des Herzsacks 75 übereinstimmen (hier nicht dargestellt). Auf der dem Adaptionsgerüst 56 abgewandten Seite der Flanschfläche 57 des Herzsacks 10 ist ein Dichtring 141 angeordnet. Der Dichtring 141 liegt auf der Flanschfläche 57 des Herzsacks 10 plan auf. Dabei umgreift der Dichtring 141 die Flanschfläche 57 so, dass Dichtring 141 und Dichtscheibe 140 in Kontakt kommen. Die Außenkontur des Dichtrings 141 entspricht exakt der Außenkontur der Dichtscheibe 140.the 20 shows a further embodiment of the artificial heart according to the invention. A sealing disk 140 is arranged between the adaptation frame 56 and the flange surface 57 of the cardiac sac 10 . The outer contour of the sealing disk 140 corresponds exactly to that of the adaptation framework 56. In addition, the sealing disk 140 contains openings which correspond to the entry openings of the heart sac 60 and the exit openings of the heart sac 75 (not shown here). A sealing ring 141 is arranged on the side of the flange surface 57 of the cardiac sac 10 that faces away from the adaptation framework 56 . The sealing ring 141 lies flat on the flange surface 57 of the heart sac 10 . The sealing ring 141 encompasses the flange surface 57 in such a way that the sealing ring 141 and the sealing disk 140 come into contact. The outer contour of the sealing ring 141 corresponds exactly to the outer contour of the sealing disk 140.

Der Dichtring 141 enthält weiter eine Öffnung die so geformt ist, dass der der periphere Rand 58 des Herzsacks 10 exakt daran anliegt. Die Flanschfläche 57 des Herzsacks 10 wird durch den Dichtring 141 an die Dichtscheibe 140 gedrückt, ohne gequetscht zu werden. Die weiteren Komponenten wie Septum 11 mit dem zentralen Stab 92, die Paddel 53 und die Scheiber 62 sind entsprechend der ersten Ausführungsform angebracht. Diese zusätzliche Anordnung bestehend aus der Dichtscheibe 140 und dem Dichtring 141 ermöglicht eine weitere Verminderung des Rückflusses von Blut in die entsprechenden Vorhöfe.The sealing ring 141 further includes an opening shaped so that the peripheral edge 58 of the cardiac sac 10 fits snugly thereon. The flange surface 57 of the heart sac 10 is pressed against the sealing disc 140 by the sealing ring 141 without being squeezed. The other components such as the septum 11 with the central rod 92, the paddles 53 and the washers 62 are attached in accordance with the first embodiment. This additional arrangement consisting of the sealing disc 140 and the sealing ring 141 enables a further reduction in the backflow of blood into the corresponding atria.

Im Rahmen der Erfindung können alle beschriebenen und/oder gezeichneten und/oder beanspruchten Elemente beliebig miteinander kombiniert werden. Insbesondere ein Kombinieren der beschriebenen Ausführungsformen ist nicht ausgeschlossen.Within the scope of the invention, all of the elements described and/or drawn and/or claimed can be combined with one another as desired. In particular, combining the described embodiments is not ruled out.

Claims (10)

Künstliches Herz mit einem Herzsack (10), einer Paddeleinheit (7), einer Antriebseinheit (136) und einer Steuereinheit (137), wobei der Herzsack (10) aus zwei Kammern (8, 9) besteht, die jeweils eine Eintrittsöffnung (60) und jeweils eine Austrittsöffnung (75) haben, wobei die Antriebseinheit (136) die Paddel (53) der Paddeleinheit (7) in eine Rotationsbewegung versetzt, und wobei die Steuereinheit (137) Winkel und/oder Winkelgeschwindigkeit der Paddel (53) der Paddeleinheit (7) steuert, dadurch gekennzeichnet, dass die Paddeleinheit (7) mindestens einen Schieber (62) enthält, dass der Schieber (62) an die Rotationsbewegung der Paddeleinheit gekoppelt ist, und dass die Eintrittsöffnung (60) der Kammer (8, 9) durch den Schieber (62) verschließbar ist.Artificial heart with a heart sac (10), a paddle unit (7), a drive unit (136) and a control unit (137), the heart sac (10) consisting of two chambers (8, 9), each of which has an entry opening (60) and each have an outlet opening (75), wherein the drive unit (136) causes the paddles (53) of the paddle unit (7) to rotate, and wherein the control unit (137) determines the angle and/or angular speed of the paddles (53) of the paddle unit ( 7) controls, characterized in that the paddle unit (7) contains at least one slide (62), that the slide (62) is coupled to the rotational movement of the paddle unit, and that the inlet opening (60) of the chamber (8, 9) through the slide (62) can be closed. Künstliches Herz nach Anspruch 1, wobei die Paddeleinheit (7) ein Paddel (53) pro Kammer (8, 9) enthält, und/oder wobei die Paddeleinheit (7) so ausgelegt ist, dass ein durch den Herzsack (10) begrenztes Volumen durch die Rotationsbewegung kontinuierlich veränderlich ist.artificial heart after claim 1 , wherein the paddle unit (7) contains one paddle (53) per chamber (8, 9), and/or wherein the paddle unit (7) is designed in such a way that a volume limited by the heart sac (10) is continuously variable as a result of the rotational movement . Künstliches Herz nach Anspruch 1 oder 2, wobei zwischen den zwei Kammern des Herzsacks (10) an jeder Kammer eine erste (49, 51) und eine zweite (50, 52) ebene Fläche ausgebildet ist, wobei zwischen den ersten ebenen Flächen (49, 51) ein Septum (11) angebracht ist, und wobei die Paddeleinheit (7) zwischen den zweiten ebenen Flächen des Herzsacks (10) angeordnet ist.artificial heart after claim 1 or 2 , wherein between the two chambers of the cardiac sac (10) a first (49, 51) and a second (50, 52) flat surface is formed at each chamber, wherein between the first flat surfaces (49, 51) a septum (11) is attached, and wherein the paddle unit (7) is arranged between the second planar surfaces of the heart sac (10). Künstliches Herz nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Antriebseinheit (136) ein Getriebe (138) aufweist das mindestens zwei teilverzahnte Zahnräder (5, 6) enthält, und wobei die teilverzahnten Zahnräder (5, 6) so ausgelegt sind, dass die Paddel (53) der Paddeleinheit (7) durch das Getriebe (138) gekoppelt sind und zeitverzögert bewegt werden.Artificial heart according to one of the Claims 1 until 3 , wherein the drive unit (136) has a gear (138) containing at least two partially toothed gears (5, 6), and wherein the partially toothed gears (5, 6) are designed such that the paddles (53) of the paddle unit (7) are coupled by the gear (138) and are moved with a time delay. Künstliches Herz nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Antriebseinheit (136) mindestens einen Servomotor (3) aufweist, wobei der Servomotor (3) eine Sensorik zum Erfassen des Winkels und/oder der Winkelgeschwindigkeit der Paddel (53) enthält.Artificial heart according to one of the Claims 1 until 4 , wherein the drive unit (136) has at least one servo motor (3), wherein the servo motor (3) contains a sensor for detecting the angle and / or the angular velocity of the paddle (53). Künstliches Herz nach Anspruch 5, wobei die Steuereinheit (137) einen Mikrokontroller eine Kommunikationseinheit und eine Motorenschnittstelle aufweist, wobei der Mikrokontroller so konfiguriert ist, dass das künstliche Herz einen künstlichen Herzschlag erzeugt, wobei die Kommunikationseinheit eine kontaktlose Datenverbindung zur Übertragung von Vorgabewerten und/oder Messwerten bereitstellt, und wobei die Steuereinheit (137) mit Hilfe der Motorenschnittstelle den Servomotor (3) ansteuert und/oder die durch die Sensorik des Servomotors (137) ermittelten Winkel und/oder Winkelgeschwindigkeiten erfasst.artificial heart after claim 5 , wherein the control unit (137) has a microcontroller, a communication unit and a motor interface, wherein the microcontroller is configured such that the artificial heart generates an artificial heartbeat, wherein the communication unit provides a contactless data connection for the transmission of default values and/or measured values, and wherein the control unit (137) controls the servomotor (3) with the aid of the motor interface and/or detects the angles and/or angular speeds determined by the sensors of the servomotor (137). Künstliches Herz nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei das künstliche Herz eine Herzabdeckung (71) und einen Skelettring (37) aufweist, wobei der Herzsack (10), die Paddeleinheit (7), die Steuereinheit (137) und die Antriebseinheit (136) von der Herzabdeckung (72) umschlossen sind, und wobei der Skeletring (37) im Bereich der Eintrittsöffnungen (60) und der Austrittsöffnungen (75) des Herzsacks (10) die Herzabdeckung (72) abschließt.Artificial heart according to one of the Claims 1 until 6 , wherein the artificial heart has a heart cover (71) and a skeletal ring (37), the heart sac (10), the paddle unit (7), the control unit (137) and the drive unit (136) being enclosed by the heart cover (72). , and wherein the skeleton ring (37) in the region of the inlet openings (60) and the outlet openings (75) of the heart sac (10) closes off the heart cover (72). Künstliches Herz nach Anspruch 7, wobei das künstliche Herz eine Manschette (2) und ein Winkelverstellsystem (1) aufweist, wobei die Manschette (2) die Herzabdeckung (72) zumindest teilweise umschließt, und wobei das künstliche Herz an der Manschette (2) mit Hilfe des Winkelverstellsystems (1) fixiert ist.artificial heart after claim 7 , the artificial heart having a cuff (2) and an angle adjustment system (1), the cuff (2) at least partially enclosing the heart cover (72), and the artificial heart being attached to the cuff (2) with the aid of the angle adjustment system (1 ) is fixed. Künstliches Herz nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei das künstliche Herz einen Energiespeicher enthält, wobei der Energiespeicher kontaktlos aufladbar ist, und/oder wobei der Herzsack (10) aus einem hypoallergenen Polysiloxane oder Polyester mit einer Shore-A Härte von 10 Shore bis 20 Shore besteht.Artificial heart according to one of the Claims 1 until 8th , wherein the artificial heart contains an energy store, wherein the energy store can be charged without contact, and/or wherein the heart sac (10) consists of a hypoallergenic polysiloxane or polyester with a Shore A hardness of 10 Shore to 20 Shore. Künstliches Herz nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei das künstliche Herz ein Adaptionsgerüst (56) aufweist, wobei das Adaptionsgerüst (56) mindestens eine Öffnung (85, 86, 87, 88) enthält, wobei die zumindest eine Öffnung (85, 86, 87, 88) so ausgelegt ist, dass sie die Eintrittsöffnungen (60) und die Austrittsöffnungen (75) des Herzsacks (10) mit mindestens einer korrespondierenden Verbindungsmuffe (38, 39, 40 ,41) des Skelettrings (37) verbindet.Artificial heart according to one of the Claims 1 until 9 , the artificial heart having an adaptation framework (56), the adaptation framework (56) containing at least one opening (85, 86, 87, 88), the at least one opening (85, 86, 87, 88) being designed in such a way that it connects the inlet openings (60) and the outlet openings (75) of the cardiac sac (10) with at least one corresponding connecting sleeve (38, 39, 40, 41) of the skeletal ring (37).
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WO2024023749A1 (en) * 2022-07-28 2024-02-01 Academisch Medisch Centrum An implantable artificial heart

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