DE1934844A1

DE1934844A1 - Kuenstliches Herzsystem

Info

Publication number: DE1934844A1
Application number: DE19691934844
Authority: DE
Inventors: Carney Homer Charles
Original assignee: US Atomic Energy Commission (AEC)
Current assignee: US Atomic Energy Commission (AEC)
Priority date: 1968-07-11
Filing date: 1969-07-09
Publication date: 1970-09-03
Also published as: CH502824A; SE346215B; GB1233156A; BE735976A; US3541612A; FR2012788A1; JPS4944516B1

Description

Anmelder: United States Atomic Energy Commission Washington D. G., USA

Künstliches Herzsystem

Die Erfindung betrifft ein künstliches Herzsystem mit einem geschlossenen Kreislauf zur Betätigung und Regelung künstlicher Herzkammern.

Es sind bereits verschiedene künstliche Herzsysteme für bestimmte Einzelfunktonen des natürlichen Herzens bekannt. Einige dieser Systeme sind mit Ausnahme der erforderlichen Anschlüsse an das Gefässystem ausserhalb des Organismus angebracht, während andere intrakorporal, also im Organismus selbst liegen und in der Regel eine in den Organismus einpflanzbare Herzkammer mit einer extrakorporalen Kraftquelle, eine Vorrichtung zur Betätigung, und Mittel zur Regelung der Pumpe vorsehen· Die extrakorporalen Systeme finden als zeitweiliger Herzersatz, z. B. bei Operationen oder während der Heilung des natürlichen Herzens Verwendung. Teilweise intrakorporale Systeme sind experimentell im Tierkörper zum Einsatz

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gelangt, in erster Linie zum Nachweis der Blut- und Körperreaktion bei Herzverpflanzungen, sowie zur Auswertung der Möglichkeit einer Einpflanzung in den Organismus selbst. Alle bekannten Systeme sind aber zumindest teilweise extrakorporal und erfordern äusserliche "Vorrichtungen, z. B. die Kraftquelle, Leitungen, Entlüftungen, Regel- und Messgeräte, automatische und manuelle Regler usf. Die Folge ist die Ortsgebundenheit des Patienten oder Tierkörpers und eine normale Betätigung ist unmöglich.

Aufgabe der Erfindung ist ein eine normale Betätigung ermöglichendes, intrakorporales Herzsystem unter Berücksichtigung der folgenden Anforderungen. ·

Ein physiologisches Bedürfnis geht dahin, den natürlichen Blutdruck im Kreislauf system aufrechtzuerhalten. Die Venen fallen z. B. bei Blutdruckänderungen leicht zusammen oder dehnen sich aus, und sollen daher zur Aufrecht erhaltung ihrer natürlichen Form jederzeit in der Nähe des atmosphärischen Drucks der Umgebung gehalten werden. Bei erheblicher Absenkung des Venendrucks fällt die Vene zusammen und der Blutkreislauf wird unterbrochen.

Besonders empfindlich ist der Lungenkreislauf, der besonders feine, empfindliche Blutgefässe zum Sauerstofftransport enthält. Das Blut in diesen Gefässen muss daher ganz besonders

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dicht am Atmosphärendruck gehalten werden, um ein Zusammenfallen /bei Unterdruck oder ein Platzen "bei Überdruck zu vermeiden. Ein künstliches Herzsystem muss daher dem physiologischen Bedürfnis nach Aufrechterhaltung des Blutdrucks im Kardiovaskulärsystem dicht am herrschenden Normaldruck der Atmosphäre entsprechen.

Zur Einpflanzung müssen ferner die Abmessungen des künstlichen Herzsystems so sein, dass eine übermässige Verzerrung oder Beschädigung des Körpers vermieden wird, Zur Miniaturisierung des Systems ist eine Maximierung des Wirkungsgrads der Kraftübertragung erforderlich. Bei Bestückung mit einer Radioisotopenquelle ermöglicht ein hoher Wirkungsgrad gleichzeitig die Verkleinerung der Kraftquelle und damit die 5"ostensr--~kung_e Ein optimaler Wirkungsgrad ist ferner zur möglichsten Verringerung der überschüssigen Wärme günstig, die an das Blut abgegeben werden muss, um die normale physiologische Temperatur aufrechtzuerhalten. Vereinfachung und Kostensenkung sind ferner zur weitgehenden Verbreitung unerlässlich. Die Zahl der beweglichen Teile soll möglichst gering und möglichst geringer Abnutzung unterworfen sein, um einen langen und störungsfreien Betrieb zu gewährleisten.

Zur Lösung wird vorgeschlagen, ein künstliches Herzsystem mit einer rechten und linken, durch ein Pumpmittel beaufschlagten künstlichen Herzkammer und mit jeweils einer derselben verbun-

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denen rechten lind linken Pumpe mit ge ersten und zweiten Pumpmitteleinlässen, und einem mit ge einer Herzkammer verbundenen, die Systole und Diastole "bewirkenden Auslass für das hin- und herbewegte Pumpmittel, dadurch gekennzeichnet, dass Schaltmittel für die Diastole gleichzeitig die ersten Pumpmitte !einlasse der rechten und linken Pumpe mit einer Hochdruckleitung und die zweiten Pumpmitteleinlässe dieser Pumpen mit einer ETiederdruckleitung verbinden, und auf die volle Betätigung der rechten Pumpe ansprechende Mittel für die Systole durch entsprechende Betätigung der Schaltmittel gleichzeitig die ersten Einlasse mit der Niederdruckleitung und die zweiten Einlasse mit der Hochdruckleitung verbinden.

Die Erfindung sei an Hand der Zeichnungen näher erläutert.

Die Figur 1 zeigt schematisch die Anordnung des geschlossenen, mit einem Strömungsmittel betätigten und mit dnem Kardiovaskulär system verbundenen Herzsystems der Erfindung;

die Figur 2 zeigt schematisch das in dem Herzsystem der Figur 1 verwendete Herzklappensystem;

die Figur 5 zeigt im Querschnitt ein Zweiwegabsperrventil in einer ersten, und die Figur 4 dieses in einer zweiten in der Anordnung der Figur 1 verwendeten Lage.

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Die Figur 1 zeigt schematised, das mit einem natürlichen, physiologischen Kreislaufsystem eines lebenden Organismus, insbesondere eines menschlichen Körpers verbundene künstliche Herzsystem. Das natürliche Kreislaufsystem besteht aus einem grossen (systemischen) Kreislauf 10 und einem kleinen, dem Lungenkreislauf 12. Zum natürlichen Kreislaufsystem gehört ferner ein (nicht gezeigtes) Herz mit den rechten und linken Herzkammern, die durch rythmische Ausdehnung (die Diastole) und Zusammenziehung (die Systole) Blut durch das Kreislaufsystem pumpen. Zum natürlichen Herz gehört ferner die rechte Vorkammer 13 und die linke Vorkammer 15, die das umlaufende Blut vor Eintritt in die Herzkammern aufnehmen. Während der Diastole fliesst das Blut normalerweise aus dem grossen Kreislauf 10 durch die untere und obere vena cava 16 in die rechte Vorkammer und in die rechte Herzkammer; ferner fliesst Blut aus dem Lungenkreislauf 12 durch die Lungenvene 18 in die linke Vorkammer 15 und in die linke Herzkammer. Während der Systole wird das Blut aus der rechten Herzkammer durch eine Lungenarterie 19 in den Lungenkreislauf sowie aus der linken Herzkammer durch eine Aorta 21 in den grossen Kreislauf gepumpt. In einem natürlichen Herz gewährleisten mehrere Herzklappen die richtige Kreislaufrichtung durch das Herz und das Kreislaufsystem.

In dem künstlichen Herzsystem der Erfindung wird die Funktion der rechten und linken Herzkammer des natürlichen Herzens durch die künstliche rechte und linke Herzkammer 23 und 27 übernommen.

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Die rechte Herzkammer 23 besteht aus einem in einem halbstarren Gehäuse 25 angebrachten dehnbaren Plastikbeutel oder Sack 24. Die linke Herzkammer besteht aus einem entsprechenden Beutel oder Sack 28 in dem Gehäuse 29· Die Verbindung der künstlichen Herzkammern mit einem natürlichen Kreislaufsystem kann durch chirurgische Entfernung der natürlichen Herzkammern und

-klappen und Anschluss der künstlichen Herzkammerbeutel 24 und I

28 an die Vorkammerreste über künstliche, als Herzklappen

dienende Absperrventile erfolgen. Der Einlass in den rechten Herzkammerbeutel 24 ist über ein Absperrventil 31 mit der rechten Vorkammer 13 und sein Auslass über ein Absperrventil 32 mit der Lungenarterie 19 verbunden. Der Einlass in den linken Herzkammerbeutel 28 ist über ein künstliches Absperrventil 33 niit der linken Vorkammer 15, und sein Auslass über ein Absperrventil 34- mit der Aorta 21 verbunden.

Je nach der angestrebten Verwendung des künstlichen Herzens kann eine andere Anordnung gewählt werden. So können z. B. die gleichen Verbindungen ohne chirurgische" Entfernung der natürlichen Herzkammern hergestellt werden. Die natürlichen Herzkammern werden in diesem Fall umgangen. Dies kann in einigen Fällen günstig sein, z. B. wenn die natürlichen Herzkammern chirurgisch repariert werden und dann ausheilen sollen.

Die Ausdehnung und Zusammenziehung der Beutel oder Säcke 24 und 28 kann durch Hin- und Herpumpen eines Strömungsmittels

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(Pumpmittels) in dem Raum zwischen jedem Beutel und seinem Gehäuse erfolgen, z. B. durch, eine rechte Pumpkammer 36 für die rechte Herzkammer und eine linke Pumpkammer 37 für die linke Herzkammer. In der linken Hälfte der Pumpkammer 36 befindet sich ein Balg 39? der als Reservoir und als Pumpe für die Förderung des Pumpmittels in die rechte Herzkammer über die Leitung 38 dient. Der Balg 39 ist zylindrisch und besitzt einen aus weiter unten erläuterten Gründen ausgepumpten Mittelraum 4-0 und ist zwischen dem Pump enkamm er gehäuse und einer Innenmembran 41 befestigt. Die Membran 41 ist zur Hin- und Herbewegung des Pumpmittels durch die gegenüberliegenden Paare der zwischen dem Pumpenkammergehäuse und der Membran befestigten Antriebsbälge 42, 42' und 43, 43' nach links und rechts beweglich. Der Durchmesser der Αηΐχ-αΛ υ:."bälge is*" kleiner als der Durchmesser des Balges 39· Sie sind eui _£,.-._u.-.....v'h®-rliegenden Enden eines Durchmessers des Balges 39 befestigt. Die Bälge 42 und 43 sind gemeinsam an eine durch weiter unten beschriebene Mittel abwechselnd mit Hoch- und Niederdruckgasleitungen verbundene Gasleitung 45 angeschlossen. Die Bälge 42' und 43* sind direkt gegenüber den Bälgen 42 und 43 befestigt und sind gemeinsam an eine ebenfalls abwechselnd, aber umgekehrt wie die Leitung 45 mit Hoch- und Niederdruckgasleitungen verbundene Gasleitung 46 angeschlossen. Die Pumpkammer 37 kann in der gleichen Weise wie die Pumpkammer 36 ausgebildet sein und aus einem Balg 48 bestehen, der als Reservoir und als Pumpe zur Hin- und Herbewegung bzw. Förderung des Strömungsmittels in die linke Herzkammer 27 über eine

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Leitung 47 dient. Zur Kammer 37 gehört ferner eine Innenmembran 50 und zwei Paare von Antriebst algen 511 51' und 52, 52' . Eine ausgepumpte Kammer 49 ist mittig in dem Balg 48 vorgesehen. Die Gasleitungen 53 und 54 sind gemeinsam an die Balgpaare 51? 52 "bzw. 51' und 52" angeschlossen.

Während der Diastole werden die Antriebsbälge 42, 43, 51 und 52 über die Leitungen 45 und 53 mit den Hochdruckgasleitungen und die Bälge 42', 43', 51' und 52' über die Leitungen 46 und 54 mit den Niederdruckgasleitungen verbunden. Umgekehrt werden während der Systole die Bälge 42, 43, 51 und 52 mit den Niederdruckgasleitungen und die Bälge 42', 43', 51' und 52' mit den Hochdruckgasleitungen verbunden. Durch abwechselnden Anschluss werden die Membranen 41 und 50 während der Diastole nach rechts und während der Systole nach links bewegt und bewirken damit die Ausdehnung bzw. Zusammenziehung der dehnbaren Herzkammerbeutel 24 und 28.

Ein Kompressor 56 sorgt für die Aufrechterhaltung von Hoch- und Niederdruck eines gasförmigen Arbeitsmittels in der Hochdruckleitung 58 und der Niederdruckleitung 59· Die Strömungsrichtung vom bzw. zu dem Kompressor 56 ist dabei durch die Pfeile angedeutet. Der Kompressor 56 soll im Vergleich zum Zyklus der Diastole bzw. Systole verhältnismässig rasch arbeiten, um den Druck in den Leitungen relativ konstant zu halten.

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Die abwechselnde Anlegung von Gashoch- und Niederdruck an gegenüberliegende Paare von Antriebsbälgen der Pumpkammern 36 und 37 wird durch einen Strömungsschalter 61 und ein Schaltspulenventil 62 erreicht. Der Aufbau des Strömungsschalters 61 ist aus der Anwendung für Strömungsverstärker bekannt. Er ist bistabil und weist einen Hochdruckeingangskanal 64, erste und zweite Ausgangskanäle 65 und 66 und die Niederdruckentlüftungskanäle 67 und 68 auf. Da der Schalter bistabil . ist, fliesst das unter Hochdruck in den Eingangskanal 64 geleitete Gas als Hauptströmung durch den Ausgang 65 oder 66, Durch die Kanäle 67 und 68 werden mitgeführte Gase abgelassen und der Hauptstrom in einem der Kanäle 65 oder 66 stabilisiert.

Im Betrieb der Anordnung strömt Hochdruckgas durch einen der beiden Ausgänge 65 oder 66, z. B. durch den über die Gasleitung 70 mit den rechten Enden des Spulenventils 62 verbundenen Ausgang 66. Das Spulenventil 62 enthält eine zur Bewegung nach links und nach rechts gleitbar in dem Ventilgehäuse angebrachte Spule 72 mit den Gaskanälen 73, 74, 75 und 76. Nach Anlegung eines Hochdrucks an das rechte Ende des Ventils über die Leitung 70 wird die Spule ganz nach links verschoben und verbindet sodann die Hochdruckgasleitung 58 über den Kanal 76 mit der Leitung 54, sowie die Niederdruckleitung 59 über den Ventilkanal 74 mit der Leitung 53· Wird unter diesen Bedingungen ein Hochdruck auf die Bälge 51' und 52' und ein Niederdruck auf die Bälge 51 und 52 gegeben, so wird die Membran 50 nach links gedrückt und es erfolgt die Systole. Über die Gas-

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leitungen 70 und 46 und das Zvreiwegabsperrventil 78 wird ausserdem ein Hochdruck auf die Bälge 42^l und 43' gegeben. Die Antriebsbälge 42 und 43 sind über die Leitung 45 und die Kanäle 65 und 67 mit der Niederdruckleitung 59 verbunden. Wird ein Hochdruck auf die Bälge 42' und 43' gegeben, und ein Niederdruck auf die Bälge 42 und 43, so wird die Membran' 41 nach links gedrückt und dadurch die Systole mit der Betätigung der Pumpkammer 37 synchronisiert. Die Systole ist beendet, sobald die Membran nicht mehr weiter nach links gedrückt werden kann und der entstehende Druckaufbau in den Bälgen 42' und 4J¹ und in den Leitungen 46 und 70 in umgekehrter Richtung in den Kanal 66 des Schalters 61 übertragen und der-Hauptgasstrom damit zum Kanal 65 geschaltet wird. Dadurch wird von der Leitung 58 über den Eingangskanal 64 ein Hochdruck auf die Leitung 45 und das linke Ende des Spulenventils 62 gegeben, die Spule nach rechts gedrückt und damit die Hochdruckleitung 58 über den Ventilkanal 73 mit der Gasleitung 53, und die Niederdruckleitung 59 über den Kanal 75 und ein weiter unten näher beschriebenes Drosselventil 79 mit der Gasleitung 54 verbunden. Der Hochdruck der Leitung 45 wird ausserdem auf die Bälge 42 und 43 der Kammer 36 gegeben, während die Bälge 42' und 43' über die Leitung 46 und das Zweiwegabsperrventil 78 und ein dem Drosselventil 79 ähnliches Drosselventil 80 mit der Niederdruckleitung 59 verbunden ^werden. Durch Anlegung des Hochdrucks in der beschriebenen Weise werden die Membranen 41 und 50 synchron und gleichzeitig nach rechts gedruckt und es erfolgt die Diastole. Diese ist beendet, sobald die Membran

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4-1 niclit mehr weiter nach rechts gedrückt werden kann und der auf die Leitung 65 übertragene Druckaufbau der Leitung 45 den Hochdruckstrom im Schalter 61 auf den gegenüberliegenden Ausgangskanal 66 umschaltet und damit wiederum wie zuvor beschrieben die Systole einleitet. Die Diastole und Systole erfolgen somit in rythmisehern Wechsel in einer die Arbeit eines natürlichen Herzens zur Aufrechterhaltung des Blutkreislaufs simulierenden Weise.

Einer der Vorteile der Erfindung besteht in der durch indirekte Anlegung von Hoch- und Niederdrücken an das Ventil 62 und die Pumpkammer 36 durch den Schalter erzielten Einfachheit aber dennoch grossen Leistungsfähigkeit des Systems. Hierbei wird von dem physiologischem Bedürfnis nach geringerem Druck zur Förderung von Blut aus der rechten HeraJtca-Oiai-r 2;-· cur .-α den Lungenkreislauf 12 in die linke Vorkammer 15, als dem ι,χιτ Förderung von Blut aus der linken Herzkammer durch den grossen Kreislauf während der Systole erforderlichen Druck, in vorteilhafter Weise Gebrauch gemacht. Bei Pumpkammern 36 und 37 gleicher Grosse wird daher zum Betrieb der Kammer 36 ein geringerer Differenzdruck benötigt, als zum Antrieb der Kammer 37· Die zum Antrieb der Kammer 36 abwechselnd über die Leitungen 4-5 und 70 zugeführte ständige Gaszufuhr wird auch zur Betätigung und zum Halten des Ventils 62 eingesetzt. Die Spule 72 wird mit ständigem Hochdruck ohne erforderliche aufwendige Sperrvorrichtungen oder ungünstige Anlegung eines ständigen Hochdrucks bei sbändig entlüftetem Strömungsschalter an Ort und Stelle gehalten. Somit dient der Shhalter 61 zur einfachen

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und rationellen Betätigung der Kammer 36 sowie zur Betätigung und zum Halten des Ventils 62 in den erforderlichen Stellungen.

Da in einem natürlichen Kreislaufsystem der Venendruck jederzeit nahe am atmosphärischen Normaldruck liegt, muss auch in einem künstlichen Herzpumpensystem der Venendruck sehr dicht am herrschenden Normaldruck gehalten werden. Da das Venensystem auch die das Blut zum Herzen zurückführenden Adern enthält, ist dieses hinsichtlich der diastolischen Drücke besonders empfindlich. Infolge dessen muss während der Diastole mit besonderer Sorgfalt ein Absinken des Venendruckes unter Atmosphärendruck auf ein zum Zusammenfallen der Venen führendes und den Blutkreislauf unterbrechendes Druckniveau vermieden werden. In einem natürlichen Herzen wird dies durch vollständige Entspannung der Herzmuskeln während der Diastole erreicht. Die Herzmuskeln üben also keinerlei Kraft auf den "Blutkreislauf aus, sondern dienen lediglich als dehnbare Säcke, die unter einem Venenrestdruck stehen und mit Blut gefüllt sind, das durch die Venen mit einer Atmosphärendruck gewährleistenden Geschwindigkeit strömt.

In der vorliegenden Erfindung wird der entspannte Zustand der Herzkammern während der Diastole in den Herzpumpenkammern 36 und 37 dadurch simuliert, dass der durchschnittliche Druck auf beiden Seiten der Membranen 4-1 und 50 nahezu gleich ist und nahezu atmosphärischem Druck entspricht. Dies kann zweck-

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massig ζ. Β. dadurch erreicht werden, dass die rechte Seite jeder der Membranen 41 und 50 durch die. Bälge 81 und 84 auf herrschenden atmosphärischen Druck bezogen wird. Der Atmosphärendruck wird dabei von einem in der Fähe der Lungenhöhle angebrachten und damit jederzeit atmosphärischem Druck ausgesetzten, dehnbaren Sack über die Atmosphärendruckbezugsleitung 82 auf die Bälge (81 und 84 übertragen. Die an den Membranen anliegenden Flächen aller Bälge, werden dabei so gewählt, dass während der Diastole die gesamte nach rechts auf die Membranen wirkende Kraft nur wenig grosser als die gesamte nach links wirkende Kraft ist. So ist z. B. die Kräftesumme der durch die Antriebsbälge 42 und 43 rechts gegen die Membran gerichteten Kräfte sowie der Kraft des in dem Balg 39 herrschenden atmosphärischen Venendrucks nur wenig grosser als die durch die Bälge 42', 43' und 81 übertragenen, nach links wirkenden Kräfte. Dies wird durch den ausgepumpten Raum 40 in dem Balg 39 erreicht, der ein bei Atmosphärendruck in dem Balg 39 nach rechts über eine kleinere Fläche wirkendes Pumpmittel zur Folge hat, als die Fläche des Balgs 81, auf die Atmosphärendruck in dem dehnbaren Sack 83 nach links wirkt. Der Raum 49 bewirkt ein entsprechendes Ergebnis in der Pumpkammer 36. Damit werden während der Diastole die Venendrücke auf Atmosphärendruck gehalten. Weiterhin hat die unterschiedliche Wirkfläche der Bälge 39» 81 und 48, 54 einen verhältnismässig hohen Druck während der Systole zur Folge. Diese Drücke entsprechen den während der Systole physiologisch erforderlichen höheren Arteriendrücken. Somit werden in dem Kreislaufsystem

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die erforderlichen systolischen und diastolischen Drücke unabhängig von grösseren atmosphärischen Druckschwankungen aufrechterhalten, so dass eine normale Betätigung des Organismus möglich wird.

Wegen des entspannten Zustandes der Pumpkammern 36 und 37 während der Diastole, besonders bei sehr entspannter körperlicher (Tätigkeit, ist es wünschenswert, die Systole während einer regulären, vorbestimmten Zeitspanne einzuleiten, obwohl die diastolische Bewegung der Pumpkammer 36 noch nicht abgeschlossen ist. Dies kann durch geeignete Verzögerungsmittel, wie z. B. eine Strömungskapazität 85 mit einem Paar Strömungsdrosseln 86 und 87 zwischen dem Ausgang 65 und einem Schalteingang 89 des Schalters 61 erreicht werden. Während der Diastole wird Hochdruck vom Ausgang 65 auf die Kapazität 85 gegeben. Nach einer vorbestimmten Verzögerung ist die Kapazität aufgeladen und der Druck vom Ausgang 65 wird auf den Schalteingang 89 gegeben und bewirkt die Umschaltung des Schalters, vom Ausgang 65 zum Ausgang 66 und damit die Einleitung der Systole.

Zur Einstellung der Pumpkammern 36 und 37 entsprechend dem physiologischen Bedürfnis nach vermehrter oder verminderter Umlaufgeschwindigkeit der Blutzufuhr sind die auf die linken bzw. rechten Vorkammerdrücke ansprechenden Drosselventile 79 und 80 vorgesehen. Die Einstellung erfolgt für die Kammer 37 z. B. durch einen an der linken Vorkammer 15 chirurgisch befestigten, mit einer druckempfindlichen Flüssigkeit gefüllten

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Sack 90. Wechselnde Blutdrücke in der linken Vorkammer werden über die Leitung 9I ß-^ einen Druckerstärker 92 gegeben, der die Amplitude der Vorkammerdrucksignale zur Anlegung an das Drosselventil 79 zur Regelung¹ der diastolischen Pumpgeschwinτ digkeit der Kammer 37 entsprechend verstärkt. In analoger Weise kann ein druckempfindlicher, mit einer Flüssigkeit gefüllter Sack 9^- chirurgisch an der rechten Vorkammer I3 "befestigt werden und die Vorkammerdrücke über eine Leitung 95 auf einen Druckverstärker 96 zur Einstellung des Drosselventils 80 und damit zur Regelung des diastolischen Kreislaufs der Pumpkammer 36 geben.

Aufbau und Betrieb der Ventilsysteme 79» 92 und 80, 96 sind einander im Wesentlichen gleich, se dass O.~'*:- Beschreibung eines Ventilsystems genügt. Das Ventil 92 besteht aus ein^p den Balg 98 enthaltenden Gehäuse (vgl. Figur 2). Der Balg ist mit dem das druckempfindliche Mittel enthaltenden Sack 90 verbunden. Ein weiterer Balg 99 ist mit der Leitung 82 verbunden und wird auf Atmosphärendruck gehalten. Die zwischen den Bälgen 98 und 99 befestigte Membran wird bei einem Anstieg des Vorkammerdrucks über Atmosphärendruck nach rechts und bei einem Abfall unter Atmosphärendruck nach links gedrückt. Hochdruckgas aus der Leitung 58 wird über die Drossel 101 und einen Abtaster in Form eines Düsenkonus 102 in das Innere des Gehäuses 97 geleitet, und über die Niederdruckleitung 59 wieder abgeleitet. Die Düsenspitze des Abtasters 102 liegt nahe der Membran 100, so dass die nach rechts gedrückte Membran den

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Düsendruck verringert,und die nach links gedruckte Membran den Düsendruck verstärkt. Die Druckschwankungen werden über eine Leitung 104 auf das aus einem Gehäuse 105 und der in diesem befestigten Membran 106 bestehende Drosselventil gegeben. Die Verbindung m-it der Leitung 104 wird durch einen oberhalb der Membran befindlichen Raum 107 hergestellt. Auf der Unterseite der Membran 106 ist ein Stössel 109 befestigt. Über den mit der Nxederdrucklextung 59 verbundenen Raum unter der Membran werden die um den Stössel 109 etwa auftretenden Leckverluste abgeführt. Durch diese Anordnung bewirken die im Druckbereich der Hochdruckleitung 58 liegenden Druckschwankungen in der Leitung 104 eine entsprechende Bewegung der Membran 106 nach unten oder oben und betätigt damit den Stössel 109, der je nach der Membranbewegung die aus der Pumpkammer 37 ,tretenden Gase entweder drosselt oder in die Leitung 110 in dem Ventilgehäuse und damit in die Niederdruckleitung 59 treten lässt. Im Betrieb der Vorrichtung ist die Folge eines Anstiegs&es Vorkammerdrucks entsprechend einem physiologischen Bedürfnis nach vermehrter Blutzufuhr die Bewegung der Membran 100 nach rechts, die DruckabSenkung in der Leitung 104, die Anhebung der Membran 106 und die öffnung der Leitung 110, so dass eine höhere diastolische Abfuhr aus der Pumpkammer 37 möglich wird. Ein Absinken des Vorkämmerdrucks hat die gegenteilige Wirkung zur Folge und vermindert die diastolische Abfuhrgeschwindigkeit. Somit ist eine individuell auf den linken und den rechten Vorkammerdruck ansprechende Regelung gegeben, die den natürlichen Bedürfnissen des Kreislaufsystems

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nach Massgabe entsprechender Änderung der Vorkammerdrücke ermöglicht.

Das in den Figuren 3 und 4 näher gezeigte Zweiwegabsperrventil 74 gestattet die Anlegung eines Hochdrucks von der Leitung 70 an die Bälge 42' und 43' während der Systole und die Gasabfuhr aus den Bälgen über das Drosselventil 80 während der Diastole ohne Einwirkung auf den Druck in der Leitung 70. Die Figur 3 zeigt das Ventil 78 während der Systole, und die Figur 4 dieses während der Diastole. Es besteht aus einem an die Leitungen 46 und 70 angeschlossenen Gehäuse 111, in dem das mit der nach der Verbindung mit der Leitung 46 zu ausgerichtete, mit der dehnbaren Spitze 113 versehene bewegliche Element 112 angebracht ist. Das Element 112 weist ferner einen Flansch 114 auf, der zusammen mit dem Gehäuse 111 die Bewegung des Elements 112 begrenzt. Bei der Systole (Figur 3) drückt der Hochdruck in der Leitung 70 das Element 112 nach oben und schliesst eine Gruppe von öffnungen 115 zu dem Ventil 80. Der Hochdruck in der Leitung 70 öffnet auch die dehnbare Spitze 113» so dass Gas -in die Bälge 42' und 43' fliessen kann. Während der Diastole (Figur 4) wird Niederdruck aus der Leitung 59 über die Kanäle 66 und 68 an die Leitung 70 gelegt, und ein verhältnismässig höherer diastoIischer Abfuhrdruck in der Leitung 46 drückt das Element 112 nach unten und schliesst die dehnbare Spitze II3. Dadurch wird die Abfuhr des Gases aus den Bälgen 42' und 43' über die Leitung 70 verhindert und die direkte Verbindung der Leitung 46 mit dem Ventil 80 über die öffnungen hergestellt, so dass die dia-

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' stolische Abfuhrgeschwindigkeit' des Balgs 4-3 in der zuvor "beschriebenen Weise geregelt wird.

Zur Entfernung der in dem Arbeitsmittel nach Betätigung der Bälge und des Regelsystems verbleibenden Wärmeenergie sowie zur Aufrechterhaltung des erforderlichen Niederdrucks in der Leitung 59 sind die beiden Wärmeaustauscher 136 und 137 der· I¹IgUr 1 vorgesehen. Sie übertragen die überschüssige Wärmeenergie vom Arbeitsmittel auf das Pumpmittel, das diese seinerseits in das Kreislaufsystem trägt und dort zerstreut. Der Ausgang des Wärmeaustauschers 137 liegt in Reihe mit der Leitung 38, über die das Pumpmittel zwischen der Herzkammer 23 und der Pumpkammer 36 hin- und herbewegt wird. Der Eingang des Wärmeaustauschers 137 liegt in Reihe mit der Niederdruckleitung 59 in der Nähe von deren Endpunkt am Kompressor 56· Hierdurch wird Wärme aus dem Gas in der Niederdruckleitung entnommen und dem Pumpmittel in der Leitung 38 mitgeteilt. Ein Teil der Wärmeenergie wird dann in die Herzkammer 23 getragen und über die Wandung des Sacks 24 unmittelbar dem diesen anfüllenden Blut mitgeteilt. Die restliche Wärme wird von dem Pumpmittel in der Leitung 38 in den Blutstrom gegeben. Dies geschieht durch den Wärmeaustauscher 136, dessen Eingang in Reihe mit der Leitung 38 und dessen Ausgang in Reihe mit den das Blut von der Aorta unmittelbar zum grossen Kreislaufsystem führenden Leitungen 138 liegt.

Als Pumpmittel dient vorzugsweise eine Flüssigkeit mit der Viskosität und den Wärmeaustauscheigenschaften von Wasser,

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die gleichzeitig aber zur möglichsten Verringerung einer Reaktion zwischen dem Blut und der Pumpflüssigkeit auch nicht polar ist. Eine derartige Umsetzung könnte durch Austreten von Blut oder Flüssigkeit durch die dünnen, biegsamen Säcke · oder Beutel 24- und 28 möglich sein. Geeignet sind z. B. Fluorkohlenwasserstoffe oder Silikone, die diese gewünschten Eigenschaften aufweisen.

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Claims

Pat ent ansprüche

■ 1.) Künstliches Herzsystem mit dner rechten und linken, durch ein Pumpmittel "beaufschlagten künstlichen Herzkammer und mit jeweils einer derselben verbundenen rechten und linken Pumpe mit je ersten und zweiten Pumpmitteleinlässen, und einem mit ■je einer Herzkammer verbundenen, die Systole und Diastole bewirkenden Auslass für das hin- und herbewegte Pumpmittel, dadurch gekennzeichnet, dass Sehaltmittel (61) für die Diastole gleichzeitig die ersten Pumpmitteleinlässe (4-5, 53) äer rechten und linken Pumpe (36, 37) mit einer Hochdruckleitung (58) und die zweiten Pumpmitteleinlässe (46, 54-) dieser Pumpen mit einer Nieder druckleitung (59) verbinden, und auf die volle Betätigung der rechten Pumpe ansprechende Mittel (62) für die Systole durch entsprechende Betätigung der Schaltmittel (61) gleichzeitig die ersten Einlasse mit der Niederdruckleitung und die zweiten Einlasse mit der Hochdruckleitung verbinden.
2. Künstliches Herzsystem gemäss Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltmittel aus einem Strömungsschalter mit einem mit der Hochdruckleitung verbundenen Eingang (64-) und ersten und zweiten an die ersten und zweiten Pumpmitteleingänge angeschlossenen Ausgängen (65, 66) besteht .

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3. Künstliches Herzsystem gemäss Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltmittel ein Schaltventil enthalten, das mit den ersten und zweiten Ausgängen des Strömungsschalters verbunden und durch diesen derart betätigbar ist, dass der erste Eingang der linken Pumpe direkt mit der Hochdruckleitung verbunden wird, und zwar gleichzeitig mit der Verbindung der Hochdruckleitung über den Schaltereingang und den ersten Schalter-ausgang mit dem ersten Eingang der rechten Pumpe.
4. Künstliches Herzsystem gemäss Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass rechte und linke druckempfindliche Mittel (90, 94-) den rechten und linken Vorkammerdruck messen und rechte und linke Drosselventile (79 > 80) zwischen den zweiten Eingängen der rechten und linken Pumpe und der Niederdruckleitung liegen und auf die rechten bzw. linken für den Vorkammerdruck empfindlichen Mittel ansprechen und damit die Abfuhrgeschwindigkeit eines Arbeitsmittels aus dem zweiten Eingang der betreffenden Pumpe zur Niederdruckleitung regeln.
5. Künstliches Herzsystem gemäss Anspruch 4-, dadurch gekennzeichnet, dass ein Absperrventil (78) zwischen dem rechten Drosselventil und dem zweiten Eingang der rechten Pumpkammer, und zwischen den Schaltmitteln und der rechten Pumpkammer liegt und während der Systole den Pumpmitteldruck direkt von den Schaltmitteln zur rechten Pumpe überträgt und während der Diastole den zweiten Eingang der rechten Pumpe unmittelbar mit dem rechten Drosselventil verbindet«,

009836/0989

ORIGINAL INSPHCTED
6. Künstliches Herz system gemäss Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass Verzögerungsmittel (85, 86, 8?) zwischen dem, _ ersten Ausgang (65) "und einem Eingang (89) der Schaltmittel vorgesehen sind und diese derart betätigen, dass abwechselnd die Hoch- und die Niederdruckleitung mit der rechten und der linken Pumpe nach einer bestimmten Dauer der Diastole verbunden wird.
7. Künstliches Herz system nach irgend einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Pumpmittel aus einer Flüssigkeit, vorzugsweise einem IFluorkohlenwasserstoff oder einem Silikon, und das Arbeitsmittel aus einem Gas besteht.

0 0 9 8 3 6/0989 original inspected

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