Der Erfindung liegt die Aufgabe zu
Grunde eine Blutpumpe mit einem Impeller derart weiter zu bilden,
dass die Blutpumpe ohne die Verwendung von Kanülen in einem Gefäßabschnitt
einsetzbar ist.
Diese Aufgabe wird bei einer gattungsgemäßen Blutpumpe
dadurch gelöst,
dass sie mindestens zwei Verbindungseinrichtungen zum Anschluss
an ein Blutgefäß außerhalb
des Herzens, wie beispielsweise einen Nahtring oder eine Gefäßprothese
aufweist.
Diese Gefäßverbindungseinrichtungen ermöglichen
es, die Impellerpumpe direkt mit dem Gefäß zu verbinden, ohne dass Kanülen verwendet
werden müssen.
Dies ermöglicht
den Einsatz der Blutpumpe zwischen zwei Gefäßenden wie beispielsweise nach
einer Sektion eines Aortenabschnittes oder im Bereich einer Gefäßgabelung.
Das Pumpensystem ist in der Lage,
die Funktion einer oder beider Herzkammern vollständig oder
teilweise zu ersetzen. Außerdem
wird eine wirksame Druckentlastung in einer oder beiden Herzkammern
erzielt, wodurch die Rückbildung
einer Dilatation der Herzhöhle
oder der Herzhöhlen
wirksam unterstützt
wird. Die Möglichkeit
der Anordnung der Pumpe außerhalb
des Herzens führt
dazu, dass die Blutströmung
durch die Herzhöhlen
während
der Pumpunterstützung
aufrechterhalten werden kann und eine intracavitäre Stase vermieden wird. Dadurch
wird einer Gerinnselbildung in den Herzhöhlen entgegengewirkt. Die Ausbildung
der Pumpe ermöglicht
sogar den Einsatz des Pumpsystems bei implantierten mechanischen
Herzklappenprothesen in Aorten- oder Pulmonalposition. Das direkte
Anbringen von Gefäßverbindungseinrichtungen
an der Blutpumpe und der Verzicht auf Kanülen führt zu einer sehr geringen
Baugröße der Pumpe
und zu minimalen Fremdoberflächen.
Dadurch wird das Risiko einer Gerinnselbildung und einer bakteriellen
Besiedlung an den Fremdoberflächen
so gering wie möglich
gehalten. Durch die Reduzierung der mit dem Blut oder Gewebe in
Verbindung stehenden Oberfläche werden
auch die Kosten für
die benötigten
hoch biokompatiblen Materialien minimal gehalten.
Darüber hinaus kann die vorgeschlagene Pumpe
so implantiert werden, dass sie bei ausreichender Erholung der Herzfunktion
auf einfache Art und Weise operationstechnisch entfernt werden kann.
Die Pumpe ist so ausgebildet, dass
sie zur Unterstützung
der linken Herzkammer in Form eines Pumpenconduits in die Aorta
ascendens, zur Unterstützung
der rechten Herzkammer in Form eines Pumpenconduits in den Truncus
pulmonalis oder in die Pulmonalisgabel und zur Förderung des Blutstromes oder
zur Druckerhöhung
in einem bestimmten Gefäßabschnitt
in das zuführende
Gefäß implantiert werden
kann. Bei peripherer arterieller Verschlusskrankheit, bei der Dialyse
oder zur extrakorporalen Membranoxygenation (ECMO) wird die Blutpumpe
in Form eines Pumpenconduits in das diesen Gefäßabschnitt versorgende Hauptgefäß implantiert.
Bei der Entlastung einer oder beider Herzkammern ist die Pumpe vorzugsweise
so zu implantieren, dass die Funktion der natürlichen Herzklappen (Aorten-
bzw. Pulmonalklappe) oder die Funktion einer gegebenenfalls an deren
Stelle implantierten Herzklappenprothese durch das implantierte
Pumpenconduit nicht beeinträchtigt
wird.
Vorteilhaft ist es, wenn die Gefäßverbindungseinrichtungen
direkt am Pumpengehäuse
angeordnet sind. Diese Anordnung der Gefäßverbindungseinrichtungen direkt
am Pumpengehäuse
führt zu
einer Blutpumpe mit einem Pumpengehäuse und einem darin angeordneten
elektromechanisch angetriebenen Impeller, wobei die Blutpumpe mindestens zwei
Verbindungseinrichtungen zum Anschluss an ein Blutgefäß außerhalb
des Herzens, wie beispielsweise einen Nahtring oder eine Gefäßprothese
aufweist, welche derart gestaltet sind, dass ein Anschluss des Blutgefäßes unmittelbar
am Pumpengehäuse
ermöglicht
wird. Hierdurch wird ein kompakter Aufbau der Pumpe und eine Reduktion
der benötigten
Teile erzielt.
Ein besonders kompakter Aufbau wird
dadurch erzielt, dass die Länge
des Pumpengehäuses kürzer als
zweimal vorzugsweise 1,5-mal dessen Durchmesser ist. Dies führt dazu,
dass bei der Implantation der Blutpumpe nur ein kurzes Aderstück entfernt
werden muss, das durch die Blutpumpe im Sinne eines Conduits ersetzt
wird.
Vorteilhaft ist es auch, wenn die
Länge der Gefäßverbindungseinrichtung
besonders kurz ausgebildet ist, um nur einen kurzen Aderbereich
bei der Implantation beschädigen
oder entfernen zu müssen. Die
Gefäßverbindungseinrichtung
sollte vorzugsweise kürzer
als der Durchmesser des Zwischenstücks sein.
Ein einfacher Aufbau der Pumpe wird
dadurch erzielt, dass sie einen Motor und ein Pumpengehäuse mit
vorzugsweise als Leitschaufeln ausgebildeten Stegen aufweist, wobei
die vorzugsweise als Leitschaufeln ausgebildeten Stege zwischen
dem Motor und dem äußeren Mantel
des Pum pengehäuses
angeordnet sind. Die Leitschaufeln können somit den Motor vorzugsweise
koaxial zum Pumpengehäuse
halten und gleichzeitig eine Leitfunktion auf den durchgeleiteten
Blutstrom ausüben.
Die Leitschaufeln sind vorzugsweise
derart stabil ausgebildet, dass sie auch bei auftretenden Dralländerungen
den Motor sicher im Pumpengehäuse
halten.
Zur Stromversorgung des Motors wird
vorgeschlagen, dass hierzu erforderliche Kabel oder Metallstifte
innerhalb der vorzugsweise als Leitschaufeln ausgelegten Stege verlaufen.
Dadurch kommen die Stromzuführungsleitungen
mit dem Blut nicht in Berührung.
Vorteilhaft ist es, wenn die Blutpumpe
so gestaltet ist, dass bei einem Systemausfall neben der fehlenden
Herzunterstützung
keine weiteren systembedingten negativen Einflüsse auf den Kreislauf und die
Lungenfunktion zu erwarten sind. Um dies zu erreichen wird vorgeschlagen,
dass der freie Strömungsquerschnitt
zwischen dem Motor und dem äußeren Mantel
des Pumpengehäuses
mindestens 50%, vorzugsweise mindestens 80% des freien Strömungsquerschnitts
an einem Ende des Zwischenstücks
beträgt.
Auch bei einem Ausfall der Pumpe kann somit das Blut nahezu ungehindert
durch die im Sinne eines Conduits ausgebildete Blutpumpe hindurch
fließen,
wodurch eine Kreislauffunktion aufrechterhalten bleiben kann.
Ein besonderes Ausführungsbeispiel
der erfindungsgemäßen Pumpe
sieht vor, dass sie zwei Motoren, zwei Pumpengehäuse und eine Gehäuseverbindung
aufweist. Eine derartige vorzugsweise adaptierbare Verbindungseinrichtung
kann bei optimaler Auslegung der Pumpen dazu führen, dass nur geringfügige äußere Drehmomente
entstehen.
Hierzu wird vorgeschlagen, dass die
Impeller gegenläufig
antreibbar sind. Dies kann beispielsweise durch gegenläufig angesteuerte
Motoren erreicht werden. Hierbei werden die Massenträgheitsmomente
der rotierenden Teile vorzugsweise so ausgelegt, dass bei dynamischem
bzw. pulsatilem Betrieb möglichst
kleine äußere Drehmomente
resultieren.
Ein anderes Ausführungsbeispiel sieht vor, dass
die Blutpumpe ein Pumpengehäuse
mit einem Zusatzmotor, welcher eine Masse gegenläufig zum Impeller rotierend
antreibt, aufweist. Auch hierdurch können die äußeren Momente gering gehalten
werden. Ein derartiges Ausführungsbeispiel
sieht vor, dass ein weiterer elektromechanischer Antrieb konnektiert
ist, welcher eine rotierende Masse gegenläufig und synchron zur Drehrichtung
der Rotorwelle der Blutpumpe antreibt, und dessen Massenträgheitsmoment
so ausgelegt ist, dass bei einer Dralländerung keine oder nur geringfügige äußere Momente
resultieren.
Vorteilhaft ist es, wenn die Blutpumpe
ein Pumpengehäuse
mit einer Aufhängeeinrichtung
aufweist, die es ermöglicht,
die Blutpumpe in einem Gewebe, vorzugsweise am knöchernem
Brustkorb zu befestigen. Hierzu wird vorgeschlagen, dass an das Pumpengehäuse eine
vorzugsweise adaptierbare Aufhängeeinrichtung
konnektiert wird, welche die Erstellung einer Verbindung zu umliegenden
Gewebestrukturen erlaubt, die in der Lage sind, die bei dynamischem
oder pulsatilem Betrieb auftretenden Momente aufzunehmen.
Drei verschiedene Ausführungsbeispiele
einer Blutpumpe sind in der Zeichnung dargestellt und werden im
folgenden näher
erläutert.
Es zeigt
1 einen
Schnitt durch eine in die Aorta ascendens implantierte Blutpumpe,
2 eine
teilweise geschnittene Ansicht einer Blutpumpe mit zwei Pumpengehäusen zur
Entlastung beider Herzkammern und
3 eine
teilweise geschnittene Ansicht einer Blutpumpe zur Implantation
in die Gabelung des Pulmonalisstammes.
Die in 1 gezeigte
Blutpumpe 1 ist zwischen der Aortenklappe 2 und
der Aorta ascendens 3 implantiert. Hierbei sind die Bereiche
des Herzens und die Aorta ascendens 3 mit gestrichelten
Linien dargestellt. Vom Herzen ist die linke Herzkammer 4, die
Mitralklappe 5 und die Aortenklappe 2 abgebildet.
Mit einem Nahtring 6 ist
das als Pumpengehäuse 7 dienende
Conduit in sicherem Abstand zur Aortenklappe 2 angenäht. Das
gegenüberliegende Ende
des Gehäuses 7 ist
mittels eines Nahtringes 8 mit der Aorta ascendens 3 verbunden.
Für die
Implantation der Blutpumpe 1 wurde ein der Größe des Pumpenconduits
entsprechendes Segment der Aorta ascendens reseziert. Die Nahtringe 6 und 8 dienen somit
als Gefäßverbindungseinrichtung
bei der Implantation der Blutpumpe 1. Die Blutpumpe 1 besteht im
wesentlichen aus einem Pumpengehäuse 7,
einem darin angeordneten Impeller 10 mit halbaxialer bzw.
diagonaler Strömungsführung und
einem vollgekapselten Motorantrieb 11. Das Motorgehäuse 12 ist
mit dem äußeren Mantel 9 des
Pumpengehäuses 7 über Stege 13, 14 fest
verbunden. Diese Stege 13, 14 sind als Strömungsleitschaufeln
ausgebildet, in denen die Stromzuführung zum Motorantrieb 11 angeordnet
ist. Hierfür
sind Kabel (nicht gezeigt) oder Metallstifte (nicht gezeigt) vorgesehen,
die innerhalb der als Strömungsleitschaufeln
geformten Stege 13, 14 verlaufen.
Grundsätzlich kann jede aus der Strömungsmechanik
bekannte Form einer Impellerpumpe mit radialer, halbaxialer oder
axialer Strömungsführung und
einer entsprechend angepassten Formgebung des Impellers in der Blutpumpe 1 verwendet
werden. Ebenso können
alle für
Blutpumpen beschriebenen Arten der Wellenlagerung, der Wellenabdichtung,
der Motorgehäuseabdichtung
und der Kraftübertragung, insbesondere
auch magnetische Kraftübertragung zum
berührungsfreien
Antrieb des Impellers verwendet werden. Besonders vorteilhaft ist
es, wenn der Antrieb der Blutpumpe 1 durch ein intelligentes
System gesteuert wird. Dieses sollte eine Steuerung oder Regelung
des arteriellen Blutdruckes und des Druckes im Ventrikel aufweisen.
Des weiteren ist es besonders vorteilhaft, wenn
die Steuerung auch einen pulsatilen Betrieb der Impellerpumpe ermöglicht,
wobei die Pulsation der Impellerpumpe 1 vorzugsweise mittels
Druck- oder EKG-Triggerung an den natürlichen Schlagrhythmus des
Herzens adaptiert wird.
Im dargestellten Ausführungsbeispiel
ist die Form des äußeren Mantels 9 des
Pumpengehäuses 7 so
angelegt, dass durch das zentral gelegene Motorgehäuse 12 keine
wesentliche Verminderung des freien Strömungsquerschnittes 15 im
Sinne einer hämodynamisch
relevanten Stenose resultiert.
Im Falle eines Defektes oder im Rahmen
einer programmierten Entwöhnungsphase
bei Erholung des Herzens kann die Impellerpumpe 1 ganz oder
teilweise abgeschaltet werden. Dabei entstehen außer einer
fehlenden oder verminderten Herzunterstützung keine wesentlichen Nachteile
für die
Kreislauffunktion. Im Falle einer gegebenenfalls angezeigten Explantation
der Pumpe 1 wird diese durch ein herkömmliches Gefäßinterponat
unter Einsatz der Herz-Lungen-Maschine ersetzt.
Die 2 zeigt
den Einsatz einer Blutpumpe mit zwei Gehäusen 20, 21 zur
Entlastung beider Herzkammern. Jeweils in den Truncus pulmonalis
22 und die Aorta ascendens 23 ist ein Pumpenconduit 24, 25 in
ausrei chendem Abstand zu den Herzklappen implantiert. Hierdurch
ist es möglich,
eine Teilentlastung aber auch eine vollständige Entlastung des Herzens
zu erzielen. Um eine ausreichende Durchblutung der Herzkranzgefäße sicher
zu stellen, ist es vorteilhaft, die auf der Niederdruckseite des
Pumpenconduits 25 im Bulbus der Aorta abgehenden Stämme der
Herzkranzgefäße an den
Punkten 26 bzw. 27 zentral zu verschließen und
zur Durchblutung der Herzkranzgefäße Venenbypässe 28 und 29 oder Anastomosen
mit einer oder beiden Mammaria-Arterien anzulegen.
Die Pumpenconduits 24 und 25 werden
vorzugsweise getriggert pulsatil betrieben. Um äußere Momente zu vermeiden,
sind die Pumpenconduits 24 und 25 durch ein anpassbares
Gestänge
(nicht gezeigt) fest miteinander verbunden. Die Impeller werden
mit gegenläufiger
Rotation betrieben und die Massenträgheitsmomente aller rotierenden
Teile sind so ausgelegt, dass durch die Dralländerung bei der Pumpendynamik
keine oder nur sehr geringfügige äußere Momente
resultieren.
Dieses Prinzip des aktiven Massenausgleichs
ist auch bei Pumpen wie in 1 dargestellt mit
lediglich einem Pumpengehäuse 7 anwendbar. Hierzu
wird an das Pumpengehäuse 7 eine
mittels Elektromotor (nicht gezeigt) angetriebene rotierende Masse
(nicht gezeigt) konnektiert, welche synchron zum Antriebsmotor 11 der
Blutpumpe 1 gegenläufig rotiert
und in ihrem Massenträgheitsmoment
derart ausgelegt ist, dass durch die Dralländerung bei der Pumpdynamik
keine oder nur sehr geringfügige äußere Momente
resultieren.
Des weiteren ist es sowohl für die in 1 als auch für die in 2 gezeigte Pumpe vorteilhaft, wenn
die Blutpumpen 1 bzw. 20 und 21 durch
eine vorzugsweise adaptierbare Aufhängeeinrichtung (nicht gezeigt)
an umliegenden Gewebestrukturen, wie etwa dem knöchernen Brustkorb fixiert wird.
Die in 3 gezeigte
Blutpumpe 30 zeigt eine Gestaltungsvariante eines Pumpenconduits 31, das
besonders bei sehr kurzem Truncus pulmonalis zur Unterstützung der
rechten Herzkammer geeignet ist. Bei dieser Art der Gestaltung ist
das Pumpenconduit 31 Y-förmig aufgebaut. Einstromseitig
findet sich ein Nahtring 32, welcher analog zu 2 an den Pulmonalarterienstamm 33 unmittelbar
hinter der Pulmonalklappe 34 angenäht wird. Abstromseitig werden
die rechte und die linke Lungenschlagader 35 bzw. 36 direkt
mit Nahtringen 37, 38 an die Auslaufstutzen 39, 40 des
Pumpenconduits 31 angeschlossen. Die Auslaufstutzen 39, 40 münden entsprechend
der Rotationsrichtung der Pumpe 30 vorzugsweise exzentrisch
in das Pumpengehäuse 41.
Die Aufhängung
des Antriebsmotors 42 im Pumpengehäuse 41 und die Stromzuführung (nicht
gezeigt) zum Antriebsmotor 42 können hierbei zentral, beispielsweise
an der Stelle 43 erfolgen. Auf die in 1 gezeigten, als Leitschaufeln ausgebildeten Stege 13, 14 kann
bei dieser Art der Gestaltung der Blutpumpe 30 verzichtet
werden.
Ein gleichartig aufgebautes Pumpenconduit (nicht
gezeigt) mit einem den anatomischen Verhältnissen angepassten Winkel
zwischen Auslaufstutzen und dem Pumpengehäuse ist auch zur Implantation an
der Aortengabel zu beiden Beckenschlagadern zur Unterstützung des
Blutflusses bei arterieller Verschlusskrankheit in der Becken- und
Beinregion geeignet, wenn rekonstruktive gefäßchirurgische Maßnahmen
allein keinen ausreichenden Erfolg bringen.